Dissertations / Theses on the topic 'Edifici esistenti in c.a'

An important element for the development of strategies for the prevention and the reduction of the seismic risk is the evaluation of the structural behaviour under seismic actions with destructive intensity: for existing buildings, the problem arises mainly in the assessment of their current susceptibility to damage, namely of their vulnerability. The procedures used for these assessments can have different levels of detail, depending on the quality and quantity of information that are acquired for each individual building. Considering the mitigation of seismic risk, these analysis should be performed on whole territories or municipalities, or on a significant number of buildings: this leads to the research of procedures for the vulnerability assessment that, starting from a rapid acquisition of information, allow to realize a reliable estimate of the level of seismic damage, without resorting to overly refined models. In addition, the architectural heritage and, in particular, the historical urban tissue of Italy and of many other countries with relevant seismic risk, are mostly made of stone masonry load-bearing buildings, mostly built in ancient times without any seismic standard. The traditional buildings can be considered as assemblages of statically determined elements mono-laterally constrained and essentially based on the indications of the so called "rule of the art": such arrangements are actually present only in important buildings, while are quite rare in ordinary buildings, with a consequent increase of their static and seismic weakness. These conditions imply a preference, for the purposes of a structural analysis for the evaluation of the seismic vulnerability, detailed verifications of elementary collapse mechanisms of individual elements, seeking possible weak points of the building, rather than studies that address the entire building considering the ideal behaviour of the elastic or elastoplastic multi-connected box. Finally, a territorial analysis, that moves its investigation scale from the single structural unit to the entire town centre and beyond, cannot ignore the fact that the masonry buildings are often organized into nuclei of buildings that interact in complex ways: this makes even more difficult the approach, the development of analysis and the interpretation of results. In recent years, different studies have been carried out (the most recent in the ReLUIS - Laboratories University Network of Seismic Engineering - projects), which led to propose a methodology that can be considered innovative towards the complexity of historical buildings and versatile both for predictive analysis and post-earthquake monitoring, both for the planning of mitigation actions. The method, already applied in several city centres, where significant specimens of buildings (structural units), belonging to different structural types, were found, considers an essential and preliminary knowledge phase, carried out with a strong interdisciplinary approach and based on the on-site data collection, by the use of special survey forms and implementation of minimum campaigns of experimental investigations. Starting from the available information historical, typological and structural analysis and studies of damage mechanisms and past interventions were developed and assessments of the seismic vulnerability of aggregated building systems through the application of automatic procedures, based on an estimate of the in-plane resistance and on the study of out-of-plane local mechanisms of structural macro-elements, were carried out: these procedures of limit analysis depends on few geometric and mechanical parameters, and therefore do not require an extremely accurate survey and a heavy computational burden. In this thesis, the latest versions of these procedures, updated to the codes developments, are outlined: by the application to three historical towns located in the central part of Italy, chosen as case studies (Campi Alto di Norcia, Castelluccio di Norcia and Sulmona), they showed their completeness and reliability, by the comparison of the results with the actual behaviour of the classes of existing masonry buildings towards recent seismic events, with the statistical forecasts given by the macroseismic scales and with mechanical-capacitive detailed models of the in-plane and out-of-plane behaviour. These models have allowed the calibration of the procedures and the development of computational and structural verification methods: in this sense, the capacitive approach developed for the study of in-plan behaviour was particularly innovative and, for this reason, particularized on the single case study of Sulmona. The general methodology systematize the vulnerability assessments for masonry buildings aggregates within city centres and lends itself to interesting applications in codes indications, related to the management and protection of the architectural heritage; the results obtained will also have noticeable exploitations in research activities and in concrete applications that are developing in Abruzzo as a result of the events related to the earthquake of April 6th 2009.
Un elemento fondamentale nello sviluppo di strategie di prevenzione e di riduzione del rischio sismico è la valutazione del comportamento strutturale sotto azioni sismiche di intensità distruttiva: per gli edifici esistenti il problema si pone essenzialmente nella valutazione della loro attuale predisposizione al danneggiamento, ossia della loro vulnerabilità. Le procedure utilizzabili per condurre tali operazioni possono avere vari livelli di dettaglio in funzione della qualità e quantità di informazioni che si acquisiscono per ogni singolo edificio. In un'ottica di mitigazione del rischio sismico, queste analisi vanno condotte su interi ambiti territoriali o urbani e quindi su una pluralità di edifici: ciò porta conseguentemente a ricercare procedure di valutazione della vulnerabilità che, partendo da un'acquisizione il più possibile speditiva di informazioni, permetta di formulare una stima sufficientemente attendibile della danneggiabilità sismica, senza ricorrere a modelli eccessivamente raffinati. Inoltre, il patrimonio edilizio e, in particolare, il tessuto urbano storico in Italia, così come in molti altri Paesi a rilevante rischio sismico, sono prevalentemente costituiti da edifici in muratura portante, generalmente costruiti in epoche passate in assenza di normative antisismiche. La fabbriche tradizionali si possono considerare come assemblaggi di elementi determinati staticamente, vincolati in modo monolatero ed essenzialmente basati sugli accor-gimenti dettati dalla cosiddetta “regola dell’arte”: tali accorgimenti si trovano effettivamente solo in edifici di una certa importanza, mentre nell’edilizia ordinaria sono piuttosto rari, con conseguente incremento della debolezza statica e sismica. Tali condizioni portano a preferire, ai fini dell’analisi strutturale per la valutazione della vulnerabilità sismica, verifiche di dettaglio di meccanismi elementari di collasso su singoli elementi, ricercando l’eventuale punto debole della costruzione, piuttosto che studi dell’intero edificio che considerino il comportamento ideale di scatola pluriconnessa elastica o elastoplastica. Infine, un’analisi del territorio che muove la propria scala di indagine dalla singola unità strutturale all’intero centro storico e oltre, non può prescindere dal fatto che il costruito in muratura si trova spesso organizzato in aggregati di edifici interagenti in modo complesso: questo rende ancora più difficoltosi l’approccio, lo sviluppo delle analisi e l’interpretazione dei risultati. Negli scorsi anni, sono state svolte numerose ricerche (le più recenti nell’ambito dei pro-getti ReLUIS - Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica) che hanno permesso di proporre una metodologia innovativa in rapporto alla complessità dell’edificato storico e versatile sia per analisi predittive e di verifica post-sisma, sia per il progetto di piani di mitigazione. La metodologia, già applicata in diversi centri storici, nei quali sono stati individuati campioni significativi di edifici (unità strutturali) appartenenti a diverse tipologie costruttive, prevede una imprescindibile fase di conoscenza preliminare di impostazione fortemente interdisciplinare, basata sulla raccolta di dati in sito mediante l’utilizzo di apposite schede e sulla realizzazione di campagne minime di indagini sperimentali. A partire dalle informazioni disponibili sono effettuate analisi storico - tipologiche, strutturali, dei meccanismi di danno e degli interventi pregressi e sono successivamente svolte valutazioni della vulnerabilità sismica dei sistemi edilizi aggregati, mediante l’applicazione di procedure automatiche di calcolo, basate sulla stima della resistenza nel piano e sullo studio di meccanismi locali di collasso fuori piano di macroelementi strutturali: tali procedure di calcolo limite dipendono da pochi parametri geometrici e meccanici, e quindi non richiedono un rilievo estremamente accurato e pesanti oneri computazionali. In questa sede sono illustrate le versioni più recenti di queste procedure, aggiornate agli ultimi sviluppi normativi: esse, mediante l’applicazione a tre centri storici dell’Italia centrale scelti come casi di studio (Campi Alto di Norcia, Castelluccio di Norcia e Sulmona), hanno dimostrato la loro completezza e affidabilità, attraverso il confronto dei risultati sia con l’effettivo comportamento della classe del costruito esistente in muratura in occasione di recenti eventi sismici, sia con le previsioni statistiche fornite dalle scale macrosismiche, sia con modellazioni meccanico-capacitive di dettaglio del comportamento nel piano e fuori del piano. Queste ultime hanno consentito, oltre che una calibrazione delle procedure, la messa a punto di metodi di calcolo e verifica strutturale: in questo senso è risultato particolarmente innovativo e per questo particolarizzato sul solo caso studio di Sulmona l’approccio capacitivo sviluppato per lo studio del comportamento nel piano. La metodologia di studio, sistematizzando le valutazioni di vulnerabilità per edifici in muratura aggregati all’interno di centri storici, si presta a interessanti applicazioni in ambito normativo, specialmente per quel che riguarda la gestione e la tutela del patrimonio architettonico; i risultati ottenuti avranno inoltre particolari riscontri nelle attività di ricerca e in quelle più applicative che si stanno sviluppando in Abruzzo a seguito degli eventi relativi al sisma del 6 Aprile scorso.

An in-deep study concerning the energy analysis in civil buildings is discussed in this work. In particular, the characterisation of the building envelope in situ and the energy analysis regarding the minimisation of net thermal energy demand for building air-conditioning and the optimisation of the performances of the HVAC systems are here considered, with particular attention also for retrofitting of existent heating systems. The characterisation of building envelope is here analysed through measurements of thermal conductance in situ and determination of air permeability of buildings by means of fan pressurisation method. A theoretical and experimental analysis of measurement apparatus, and a further study of the performances of the main post-processing methods for thermal conductance measurements are here taken into consideration, widening the existent knowledge of this kind of analyses; then targets, methods and results of a measuring campaign are discussed. Concerning the determination of air permeability of buildings by means of fan pressurisation test, methods for conducting the measurements are considered and the main infiltration models are treated. Moreover, results of a measuring campaign in situ are discussed, and a simulation analysis is done to analyse the possibility of implementing the infiltration models for some of the measured cases. Relating to building energy analysis, a simulation study of net air-conditioning energy demand for civil buildings is implemented and discussed, for evaluating the best possible solutions which lead to energy saving and in the meantime guarantee the respect of comfort conditions inside the building. Finally, concerning the optimisation of both building envelope and HVAC systems for civil buildings, a simulation analysis for evaluating heating energy demand is disposed, with particular regard to the generation systems. In particular, retrofitting of heating systems is analysed, the most energy efficient system for new buildings or buildings with an envelope improved on the point of view of thermal insulation is discussed, and the most suitable generation system for some cases of district heating is characterised.
In questo lavoro si affrontano in maniera organica alcune tematiche legate all'analisi energetica per edifici del settore residenziale e terziario. In particolare vengono considerati aspetti migliorativi riguardo la caratterizzazione dell'involucro esistente e la minimizzazione del fabbisogno netto di energia per la climatizzazione degli edifici, come pure l'ottimizzazione dell'intero sistema edificio-impianto con particolare attenzione al retrofit di impianti esistenti. Il primo aspetto, ovvero la caratterizzazione dell'involucro edilizio, è approfondito mediante l'analisi di misure di conduttanza termica in opera di elementi d'involucro e la determinazione della permeabilità all'aria dell'involucro stesso mediante prova di pressurizzazione. Riguardo la misura di conduttanza in opera si discutono un'analisi teorica e sperimentale della strumentazione di misura ed i metodi per l'analisi dei dati, con l'obiettivo di ampliare la conoscenza di quanto finora esistente circa la validità  delle misure stesse; successivamente si espongono gli obiettivi e i metodi di una campagna di misure di conduttanza in opera, discutendone i risultati. Per quanto riguarda la determinazione della permeabilità all'aria degli edifici, sono approfonditi i metodi per lo svolgimento della prova e i principali modelli per correlare i risultati della prova stessa con l'indice di ricambio orario dell'edificio. Inoltre si discutono i risultati di una campagna di misure in opera mediante prova di pressurizzazione, oltre a un'analisi attraverso simulazioni numeriche per valutare la possibilità di utilizzare i modelli di infiltrazione per alcuni dei casi testati in opera. Per quanto riguarda l'analisi energetica degli edifici, si discute uno studio mediante simulazioni numeriche dei fabbisogni netti per la climatizzazione invernale ed estiva di edifici del settore residenziale e terziario, con l'obiettivo di valutare le soluzioni più vantaggiose dal punto di vista del risparmio energetico, garantendo comunque il soddisfacimento delle condizioni di comfort. Infine, per quanto riguarda l'ottimizzazione di sistemi edificio-impianto del settore residenziale, viene presentato uno studio attraverso simulazioni energetiche per la climatizzazione invernale, con particolare rilievo per le tipologie di sistemi di conversione dell'energia termica. In particolare, è stata analizzata la possibilità  di effettuare il retrofit sia nel caso di impianti di edifici esistenti senza intervenire sull'involucro, che identificando il sistema energeticamente più efficiente per quanto riguarda edifici nuovi o sottoposti a coibentazione dell'involucro edilizio, e per alcuni casi è stato valutato il sistema per la conversione dell'energia termica più adatto nell'ipotesi di reti di teleriscaldamento.

Studio di una struttura esistente in muratura con rilievo geometrico-strutturale, valutazione dei livelli di sicurezza dello stato attuale, sia locali (analisi cinematiche) che globali (analisi pushover) per azioni sismiche e per i carichi accidentali verticali, ipotesi di interventi di nuovi solai, nuove murature per portare a due teste le pareti ad una sola testa, rinforzi murari con betoncino armato, strisce di fibre in FRP per incrementare la resistenza a flessione ed a taglio, reti in GFRP, utilizzo di tiranti. Per ogni singolo intervento ipotizzato in zone ben definite della struttura, si è ricavato il coefficiente di sicurezza sismico locale e globale e il relativo costo necessario per eseguire tale intervento. Allo stesso modo sono stati ipotizzati degli insiemi degli interventi descritti sopra, per valutare la loro efficacia tramite lo stesso coefficiente di sicurezza, verificando anche il costo di esecuzione di tali opere. In conclusione sono stati confrontati tutti gli interventi ed i loro insiemi in termini di sicurezza sismica e di costo di realizzazione

La tesi analizza le principali metodologie e tecniche per il recupero e il consolidamento di edifici in muratura esistenti. Dopo un’iniziale descrizione dei materiali costituenti e delle possibili tipologie costruttive, si evidenziano le caratteristiche meccaniche e le verifiche da attuare in base alle normative vigenti. Vengono poi analizzati i principali elementi strutturali e le norme generali per gli edifici in muratura, nonché i possibili metodi di intervento in base al livello di conoscenza delle costruzioni esistenti. Infine, dopo aver presentato le più importanti indagini e prove, vengono descritte le principali tecniche di consolidamento e i criteri per gli interventi sugli edifici in muratura.

Il percorso affrontato per lo svolgimento della tesi si muove nell’ambito del progetto europeo “Abracadabra” finalizzato ad evidenziare le opportunità tecnico-economiche di riqualificazione degli edifici esistenti tramite sistemi di addizioni volumetriche che possano portare gli edifici a nZEB dal punto di vista energetico e possano determinarne un incremento del loro valore immobiliare. Il lavoro svolto mira in particolare ad analizzare gli effetti energetici delle addizioni volumetriche di facciata tramite soluzioni architettoniche e tecnologiche che possano portare a minimizzare i fabbisogni annuali per la climatizzazione degli ambienti interni ed al contempo possano garantire adeguati ricambi di aria. Le valutazioni sono state eseguite su un edificio esistente realizzato a Bologna negli anni ’70 e avente quindi caratteristiche termofisiche molto scadenti. Partendo da soluzioni tradizionali che prevedono la realizzazione di sistemi di isolamento termico a cappotto e sostituzione degli infissi, lo studio si è incentrato sulla analisi delle seguenti soluzioni: 1)creazioni di terrazzamenti esterni con serre apribili su tutta la facciata esterna, 2)creazioni di terrazze e sistemi di tamponamento trasparenti a doppia pelle. Sono state analizzate diverse combinazioni delle soluzioni proposte valutando i vantaggi energetici ottenibili con installazione sulle facciate diversamente orientate. Le simulazioni energetiche sono state eseguite con modellazione dinamica tramite il software Design Builder su un appartamento tipo avente doppia esposizione (nord-sud) e ventilazione trasversale. I risultati offrono indicazioni importanti sulla scelta del sistema energeticamente più vantaggioso in funzione anche di diverse zone climatiche, evidenziando i parametri che consentono di portare l’edifico a prestazioni energetiche comparabili a quelle di un edificio nZEB.

L’obiettivo dello studio è principalmente confrontare l’importanza della conformazione architettonica degli edifici residenziali ai fini della valutazione delle prestazioni energetiche. In particolare, si vuole valutare l’incidenza del dettaglio nella modellazione rispetto ai principali indicatori energetici. Inizialmente è stata fatta una ricognizione, nel complesso quadro normativo, sul concetto di efficienza energetica degli edifici, dal livello europeo alla legislazione nazionale e regionale, regione Veneto. È stata analizzata anche la normativa tecnica in materia italiana ed europea. Definizione di concetto di NZEB, nelle sue accezioni, definendone caratteristiche e quadro critico italiano. Analisi del concetto di efficienza energetica di un edificio e focus su: prestazione energetica, fabbisogno energetico, definizioni di trasmittanza termica, ponti termici, attestato di prestazione energetica (APE). Introduzione del caso di studio,edificio residenziale sito a Concordia Sagittaria, e descrizione di: configurazione architettonica, tipologia strutturale, impianti, consumi, stato di conservazione, progetto di miglioramento, materiali utilizzati, stratigrafie, tipologie abitative. Il caso di studio è stato scelto all’interno del progetto europeo TripleA-reno. Definito il software di modellazione è stata effettuata una valutazione dettagliata della prestazione energetica dell’edificio che è stato successivamente approssimato. Si sono poi messe a confronto le diverse valutazioni energetiche e valutati quali parametri vengono maggiormente influenzati dalla semplificazione introdotta. Lo studio è stato condotto sia per lo stato di fatto che per un paio di casi in stato di progetto. In parallelo è stato condotto un monitoraggio ambientale ed etnografico per valutare l’effettivo comfort abitativo in alcuni appartamenti rilevando i principali parametri ambientali (temperatura, umidità relativa, CO2 e consumi elettrici) in parallelo alle sensazioni degli abitanti.

Considerata la situazione nel quale verte il patrimonio edilizio nazionale si ritiene opportuna una riqualificazione e adeguamento. Un programma di riqualificazione dell’intero parco abitativo Italiano avrebbe però una dimensione economica inimmaginabile. La soluzione a questo problema di natura finanziaria, può essere data dalla definizione di una metodologia di analisi speditiva che permetta di stilare una lista di priorità traducibile in una programmazione, anche economica, degli interventi necessari all’adeguamento del parco residenziale nazionale. In questa maniera i fondi a disposizione del soggetto interessato potranno essere mirati agli interventi più urgenti, rendendo più efficiente l’investimento delle risorse disponibili. Il protocollo di prima valutazione definito integra l’analisi di tipo AeDES con i dati desunti da TABULA, producendo una scheda da cui ricavare un giudizio sui livelli di prestazione stimati per entrambi i requisiti di vulnerabilità sismica e efficienza energetica. Integrando infine la metodologia proposta da MAPP è stata fatta una classificazione in funzione delle criticità strutturali ed energetiche riscontrate. L’ipotesi che la tesi intende dimostrare è che, usando una quantità limitata di dati ricavabili con il sopralluogo e senza la necessità di rilievi strumentali, è possibile disporre di informazioni sufficienti a classificare gli edifici di un parco immobiliare secondo X livelli di vulnerabilità sismica e Y livelli di efficienza energetica, stimate producendo una segmentazione del parco in K classi. Dopo aver segmentato il parco nelle K classi previste dal protocollo, sulla base di criteri definiti dall’autorità pubblica o dal committente proprietario del parco, le classi saranno ordinate per priorità di intervento e sottoposte via via ad indagini più approfondite. Questa procedura ha il fine di supportare il processo decisionale relativo alla tipologia di interventi da attuare in fase di programmazione.

Questa tesi tratta dell'applicazione agli edifici esistenti di dispositivi per la produzione energetica da fonte rinnovabile: solare fotovoltaica, solare termica ed eolica. Dopo aver analizzato i motivi economici ed ambientali che oggi inducono ad affrontare il tema complesso dell'integrazione di queste tecnologie anche negli edifici esistenti, vengono documentate alcune decine di recenti istallazioni, reperite in ambito internazionale, costituendo così un piccolo repertorio di casi applicativi. Il ricorso alle fonti di energia rinnovabili in architettura ed il concetto di sostenibilità applicato alla progettazione sono temi di interesse mondiale che coinvolgono la riqualificazione energetica del parco edilizio esistente. Questo fenomeno sta generando una vera rivoluzione che, da una dimensione culturale promossa dalle politiche energetiche dei vari paesi, travolge svariati ambiti disciplinari, primo tra tutti l'architettura. L’elaborato è idealmente diviso in quattro parti, come di seguito specificato. Nel primo capitolo vengono trattate le problematiche che stanno portando alla diffusione delle energie rinnovabili nel mondo e descritte le varie forme e tecnologie con cui si utilizzano. Nel secondo e terzo capitolo sono trattati i temi dell’energia negli edifici e la sostenibilità nel progetto per la riqualificazione energetica in architettura. Negli ultimi tre capitoli si analizzano le caratteristiche, i componenti ed il funzionamento dei sistemi fotovoltaici, solari termici e micro/mini-eolici applicati ai manufatti edilizi. Si descrivono, inoltre, le tecnologie e le soluzioni per l’integrazione di detti impianti sugli edifici esistenti. L’ultima parte, costituita dall’allegato che contiene le schede di analisi di alcuni casi studio, descrive la realizzazione di progetti di riqualificazione energetica in cui sistemi fotovoltaici, solari termici ed eolici vengono applicati ad edifici di vario genere.

L'obiettivo della Tesi di Laurea si inserisce tra quelli del progetto europeo ProGETonE, in particolar modo la riqualificazione energetica attraverso l'inserimento di impianti performanti e l'uso di fonti di energia rinnovabile al fine di ridurre al massimo i consumi energetici, fino ad arrivare ad avere un edificio NZEB. L'oggetto di intervento della Tesi di Laurea è un complesso residenziale in Provincia di Reggio Emilia di 13 appartamenti di edilizia popolare, nel quale è previsto un incremento di volumetria al fine di aumentarne il valore. É previsto inoltre l'inserimento di un isolamento a cappotto sulle pareti esterne esistenti e la sostituzione degli infissi. La tesi di Laurea parte da queste ipotesi progettuali e ha come fine quello di proporre diverse soluzioni impiantistiche di fattibilità, al fine di ottenere un miglioramento energetico. Nello stato di fatto è presente un impianto termico centralizzato per il riscaldamento degli ambienti e per la produzione di acqua calda sanitaria, con un generatore di calore alimentato a metano; non è presente nessuna forma di impianto di raffrescamento. Vengono proposte tre soluzioni che vanno ad evidenziare modalità diverse di intervento su un edificio esistente, ma in tutti i casi si ottiene un miglioramento in termini di riscaldamento invernale, raffrescamento estivo e qualità dell'aria interna all'abitazione. Per tutte tre le soluzioni è previsto l'inserimento di fonti di energia rinnovabile, ovvero pannelli fotovoltaici da collocarsi nel tetto; Il fine di questa tesi è quello di proporre soluzioni impiantistiche per il miglioramento energetico, i risultati sono stati valutati tramite simulazioni energetiche con il software EdilClima e confrontate con quelle svolte sullo stato di fatto e post intervento.

2015 - 2016
Sustainable building is one area where innovation is constantly being challenged. Innovation means offering something new or changing what exists in order to achieve new results. At present the hardest goal is transforming the current situation where the construction sector has the highest fossil fuel consumption, is the largest producer of non-reusable waste and the biggest polluter. In fact, the environmental impact of building design and construction is enormous: in Europe buildings are responsible, directly or indirectly, for approximately 40% of total primary energy consumption and for around 36% of CO2 total emissions. Sustainability criteria can minimize or eliminate negative environmental impacts through a conscious choice of design and constructive practices better than those commonly in use. This design approach allows a reduction in operating costs, an increase in market value and users' productivity. ... [edited by Author]
XXIX ciclo

In questo elaborato si affronta lo studio della tecnica di sopraelevazione di edifici esistenti in muratura con strutture in legno di tipo XLAM. Le sopraelevazioni, sebbene non siano una tipologia di intervento ancora così diffusa in Italia, offrono numerosi vantaggi e, in tale contesto, le caratteristiche del legno si prestano perfettamente a rendere vantaggioso e pratico questo sistema costruttivo. Partendo dall’analisi delle diverse caratteristiche e proprietà meccaniche che contraddistinguono la muratura e il legno, viene trattata l’interazione tra i due materiali all’interno della medesima struttura, concentrandosi sulla corretta progettazione degli elementi di collegamento. Vengono creati una serie di modelli agli elementi finiti per riprodurre il comportamento di un edificio esistente in muratura allo stato di fatto e a seguito degli interventi di sopraelevazione, analizzando le sollecitazioni che la parte di struttura sopraelevata genera sulla sottostruttura. Lo studio prevede la variazione dell’input sismico, prendendo in considerazione diversi valori di accelerazione di picco (da 0,35g a 0,05g). Particolare attenzione viene riservata per i collegamenti metallici tra sopraelevazione lignea e sottostruttura in muratura. Si propongono due diverse tecniche di sopraelevazione in XLAM: a parete unica e a pareti separate.

Il lavoro di ricerca portato avanti durante l’attività di dottorato mira a definire nuovi standard per l’innovazione dei modelli abitativi nei casi di riuso dell’esistente per scopo residenziale. Vuole enfatizzare le potenzialità e la fattibilità di una variazione degli standard abitativi per il riuso. La ricerca si è focalizzata sui casi di riuso, in generale non vincolati, da una qualsiasi funzione precedente a residenza. Il lavoro è stato diviso per fasi partendo da una analisi dello stato dell’arte in campo scientifico sul tema del riuso. La seconda fase è consistita in una raccolta dati sullo stato del patrimonio edilizio italiano e degli investimenti nelle costruzioni, seguito da una analisi dei sistemi normativi italiani ed internazionali, in particolare della normativa olandese, grazie ad una collaborazione con il dipartimento di Management in the Built Environment della Delft University of Technology (Delft, Paesi Bassi). Successivamente sono stati studiati dei progetti di riuso a scopo residenziale realizzati sia in Italia che nei Paesi Bassi ed è stato fatto un confronto in riferimento ad alcuni parametri ritenuti importanti nella progettazione di residenze. L’analisi dei casi studio è stata affrontata anche attraverso interviste con gli architetti e i progettisti coinvolti per capire i gli ostacoli e opportunità che hanno incontrato nei loro interventi. Le interviste hanno riguardato gli aspetti normativi dell’intervento dalla fase preliminare al completamento dell’edificio. Documenti scritti e apparato fotografico sono stati di supporto e completamento delle interviste. I casi internazionali sono stati poi valutati in riferimento ai regolamenti edilizi di Pavia e Milano per valutarne la fattibilità e la conformità in Italia. Ne è emerso che nessuno dei casi studiati sarebbe realizzabile in queste città, anche se a Milano alcuni alloggi sarebbero realizzabili grazie alle novità introdotte nel nuovo regolamento edilizio del 2014. Infine i casi studio internazionali sono stati riprogettati per essere conformi alle normative italiane. È stata condotta una analisi critica di confronto tra la distribuzione in pianta originale e la riprogettazione per capire l’applicabilità o meno dei regolamenti edilizi italiani e la necessità di apportarvi eventuali modifiche. L’obiettivo è stato quello di dimostrare come i parametri possano influenzare la fattibilità di un intervento, soprattutto quando si parla di riuso degli edifici esistenti.

Lo studio di fattibilità tecnico-economica oggetto della tesi è stato svolto sul quartiere Corticella a Bologna, per un totale di 21 edifici e di circa 105000 m2. Il punto di partenza tuttavia, è stata l’ipotesi di riattivare il mercato immobiliare e costruire addizioni volumetriche sugli edifici esistenti che avessero lo scopo di ridurre il tempo di ritorno degli investimenti necessari alla riqualificazione. Dopo aver stimato i costi di costruzione e di riqualificazione per ogni caso di studio, sono state fatte varie ipotesi di intervento, andando a scegliere quelle che massimizzassero i risultati di efficienza energetica, riqualificazione architettonica e profitto economico. Tali risultati sono stati combinati sia per ogni edificio singolarmente sia per il comparto urbano, in modo da riuscire ad individuare la soluzione ottimale a livello prestazionale ma che permettesse altresì di ridurre a pochi mesi il tempo di ritorno degli investimenti.

Negli ultimi decenni, diversi terremoti hanno mostrato la vulnerabilità degli edifici in muratura, che a seguito dell’evento sismico hanno manifestato differenti meccanismi di crisi, con crolli parziali o totali della struttura. Per far fronte alla necessità di rispristino e rinforzo del costruito storico, sono state quindi messe a punto diverse tecniche di rinforzo, basate su modalità tradizionali o innovative. Il presente elaborato si inserisce in questo contesto e ha come obiettivo la valutazione dell’efficacia del sistema di rinforzo basato sull’utilizzo delle cerchiature attive, adottando diverse configurazioni del rinforzo stesso, per massimizzare l’incremento di resistenza strutturale e duttilità, assicurando contemporaneamente un efficace raggiungimento del livello di salvaguardia della vita. La campagna sperimentale ha previsto l’esecuzione di prove di compressione diagonale su pannelli in muratura rinforzati secondo tre diverse configurazioni, eseguendo una foratura a maglia quadrata e adottando una disposizione dei nastri a 90 gradi, 45 gradi oppure a 45 gradi ma con doppio rinforzo. Le prove sono state condotte in accordo con le indicazioni delle norma ASTM E 519 e i risultati sperimentali sono stati analizzati in dettaglio ai fini della definizione delle diverse modalità di rottura attese e della valutazione del miglioramento delle caratteristiche di resistenza e duttilità conseguibili mediante l’applicazione del sistema a cerchiature attive. I risultati sperimentali hanno permesso, mediante il confronto delle tre prove a compressione diagonale, di evidenziare alcune criticità inerenti all’utilizzo della disposizione dei nastri a 90 gradi e di quantificare l’incremento di capacità fornito in relazione alle differenti configurazioni adottate. Gli aspetti emersi nel corso della campagna sperimentale possono quindi risultare utili come base per una futura ottimizzazione del sistema di rinforzo e per una revisione delle formule di progetto.

L’intervento sul patrimonio edilizio esistente rappresenta una grande potenzialità di risparmio energetico per il nostro paese dove gran parte degli involucri sono privi di coibentazione termica o provvisti di spessori ridotti. Le normative sul risparmio energetico sviluppate nel corso degli ultimi anni hanno determinato, sia negli edifici nuovi che nel retrofit degli esistenti, l’introduzione di spessori notevoli di coibente posti indifferentemente esternamente o internamente senza considerare gli effetti su comfort e consumi estivi. Di recente la Direttiva Europea 2012/27/EU ha sottolineato l’importanza di riferirsi al clima locale considerando anche comfort interno e costo globale degli interventi per la definizione di soluzioni ottimali. La presente ricerca si propone quindi di individuare e definire fino al dettaglio costruttivo ed economico la tecnologia di coibentazione termica più adatta in un clima mediterraneo per edifici singoli e plurifamiliari tipici dell’edilizia locale. Nel primo caso lo studio ha riguardato uno studio sperimentale su un edificio isolato (caratterizzato da pareti a diversa inerzia) e una fase analitica con simulazioni termiche dinamiche (EnergyPlus) per valutare l’incidenza di diversi interventi di retrofit ed estendere lo studio a pareti di nuova realizzazione. Gli interventi sono stati confrontati dal punto di vista di comfort, risparmio energetico e costo globale. Lo studio ha permesso di dimostrare come l’intervento migliore sia l’introduzione di un coibente sul lato esterno dell’involucro lasciando un’adiacente intercapedine d’aria alternativamente sigillata in inverno e ventilata in fase estiva, permettendo così all’involucro massivo di mantenere il suo comportamento dinamico stagionale. Questa tecnologia può essere vantaggiosamente utilizzata sia sulle pareti che in copertura. Del sistema brevettato vengono presentati dettagli e immagini di prototipi realizzati. Nel secondo caso lo studio è stato condotto su un edificio costruito nel 1982 adottando un involucro verticale con pannelli prefabbricati di cemento e isolante in lana di vetro sul lato interno. La ricerca ha incluso le seguenti fasi: test di laboratorio su campioni di materiale isolante per quantificare i cambiamenti morfologici, chimici e fisici del materiale; un’approfondita fase di monitoraggio in opera per analizzare le reali prestazioni termiche dell’involucro, le condizioni di comfort e i consumi; simulazioni termiche in regime dinamico per valutare l’impatto di differenti scenari di retrofit confrontati dal punto di vista di comfort, risparmio energetico e costo globale. I risultati mostrano che l’isolante in fibra di vetro presenta una parziale cristallizzazione e un invecchiamento con conseguente peggioramento del 5 – 10% della trasmittanza termica della parete; la posizione e l’esposizione influenza le modalità d’uso degli alloggi (ventilazione naturale, accensione del riscaldamento) incidendo così sia sul comfort che sui consumi ai vari piani. L’intervento di retrofit migliore è risultato essere quello che prevede l’applicazione del coibente sul lato esterno delle pareti interponendo un’intercapedine ventilata in fase estiva e il mantenimento dell’isolante esistente sul lato interno. Della soluzione risultata migliore vengono presentati dettagli costruttivi.
The existing building energy restoration provides a great energy saving potential for our country where most of building envelopes are lacking of thermal insulation or with small insulation thicknesses. The energy saving standards developed over the past few years have led to the adoption of envelopes with increasing thicknesses of insulating material placed either externally or internally both in new buildings and in retrofit, without considering the effects on summer comfort and consumption. Directive 2012/27/EU has recently highlighted the importance of referring to the local climate also taking interior comfort and global cost into account for the definition of optimal set of retrofit measures. The aim of this study is to identify the most suitable thermal insulation technique in a Mediterranean climate and define the relative constructive and economic details for both single-family houses and multi-storey buildings typical of the local housing. In the first case, the study involved an experimental investigation on a single-family house (characterized by walls with different thermal inertia) and analytical dynamic thermal simulations (EnergyPlus) to compare different retrofit measures and extend the study to new building envelopes. The different solutions were compared from the point of view of comfort, energy savings and global cost. The study shows that the most suitable intervention is the introduction of an insulation layer on the external side of the building envelope leaving an adjacent air gap alternatively sealed in wintertime and ventilated during the summer thus allowing the existing massive envelope to maintain its seasonal dynamic behaviour. This technology could be advantageously adopted on both walls and roof. Details and prototypes images of the recently patented system are presented. In the second case, the study was carried out on an apartment block constructed in the 1982s adopting a vertical envelope made by precast concrete panels with glass wool insulation placed on the ambient side. The research included the following phases: laboratory tests on insulation samples to quantify any changes of morphological, chemical and physical proprieties of the material; detailed on-site monitoring in order to analyse the actual thermal performances of the building envelope, the thermal comfort conditions and the consumptions; dynamic thermal simulations to assess the impact of different retrofit scenarios by comparing from the point of view of comfort, energy savings and global cost. The results show that the glass fibres has a partial crystallization and aging resulting in worsening of 5 – 10% of the wall thermal transmittance; the location and exposure influence the flat use modalities (natural ventilation, heating ignition) thus affecting both comfort and consumptions at the different floors. The preferable retrofit was found to be the introduction of an insulation layer on the external side of the walls leaving an adjacent air gap ventilated during the summer and the maintenance of the existing inner insulation layer. Details of the preferable retrofit solution are presented.

Il problema della mitigazione del rischio sismico degli edifici esistenti è in Italia una questione di primaria importanza, sia a causa dell’elevata vulnerabilità strutturale di gran parte del patrimonio edilizio esistente, sia a causa, nel caso degli edifici storici, del loro valore artistico e culturale. In un’ottica di prevenzione, date le scarse risorse disponibili e data la necessità di intervenire nel minor tempo possibile, risulta fondamentale poter disporre di strumenti affidabili che consentano di evitare inaccurate valutazioni di sicurezza sismica. La presente tesi affronta quindi alcune delle problematiche più importanti presenti nella pratica ingegneristica nella valutazione della sicurezza degli edifici esistenti, con particolare riferimento agli edifici in muratura ed in cemento armato. In particolare, dopo aver brevemente descritto le principali vulnerabilità degli edifici in muratura, viene presentata quindi una analisi critica approfondita della letteratura disponibile del metodo di modellazione a telaio equivalente. Tale metodo risulta essere oggi lo strumento di modellazione più diffuso nella pratica ingegneristica oltre ad essere consigliato da diversi codici normativi nazionali e internazionali. Da tale analisi, sono stati definiti limiti e campi d’applicazione per il suo corretto di utilizzo. In particolare, il telaio equivalente può essere utilizzato come primo approccio di tipo conservativo per lo studio della risposta sismica di edifici caratterizzati da un comportamento scatolare a prevalente risposta nel piano e con una disposizione delle aperture pressoché regolare. Diversamente da quanto accade per gli edifici esistenti in muratura, i metodi di modellazione utilizzati nella valutazione sismica degli edifici in cemento armato risultano piuttosto consolidati anche nella pratica ingegneristica. In questo caso, le maggiori fonti di incertezza presenti nella valutazione sono fornite dalla stima delle caratteristiche meccaniche delle proprietà meccaniche in situ del calcestruzzo gettato in opera. L’alta dispersione dei parametri meccanici spesso presente all’interno degli edifici esistenti in c.a., rende infatti ardua la loro rappresentazione. In questa tesi, viene proposto e applicato a sei casi studio un metodo statistico per la caratterizzazione meccanica del calcestruzzo capace di isolare alcune delle fonti di dispersione. Dall’analisi dei risultati è emerso come tale metodo sia capace di fornire una rappresentazione più accurata della dispersione effettivamente presente e di ridurre la dispersione dei risultati delle prove in situ.
The mitigation of the seismic risk of existing buildings is a relevant issue in Italy due both to the high seismic vulnerability of most of the building stock and, in case of historic masonry buildings, to their high artistic and cultural value. From this point of view, due to limited resources available and the need to intervene as quickly as possible, it is essential to have reliable tools in order to avoid inaccurate seismic assessments. This thesis addresses some of the most common problems that are present in the engineering practice related to the structural assessment of existing URM and RC buildings. After having briefly described the main vulnerability of masonry buildings, this work presents a critical analysis of the equivalent frame modelling approach through an in-depth analysis of the literature. This method is today the most widespread modelling tool in the engineering practice, and suggested by national and international standards. From this analysis, the limits and the applicability domain of this method have been defined. As a general result, it has been shown that the equivalent frame model can be used as a conservative approach for the study of the global response of buildings with box-like behavior and quite regular arrangement of openings. Unlike masonry buildings, the modelling methods used in the professional practice for the seismic assessment of existing RC buildings, are well validated. In this case, one of the most important source of uncertainty is probably the evaluation of the in situ mechanical properties of the concrete. Indeed, the high dispersion of the concrete mechanical parameters makes often inaccurate the seismic assessment of these buildings. In this thesis, a statistical method for the mechanical characterization of concrete is proposed and applied to six case studies. As a result, it is showed that the proposed method is capable of providing a more accurate representation of the actually strength distribution and of reducing the dispersion obtained from in situ tests.

In this work it was generally discussed the issue of the seismic behavior of buildings with resistant walls in reinforced concrete, in addition to the issue of the safety assessment of existing buildings , more and more major current topic in recent years. Specifically, are then shown the results obtained from the evaluation of seismic safety carried out on the headquarters of the Emilia-Romagna region, which is made with a seismic-resistant cylindrical walls in circular and semi-circular section. To perform this assessment of safety has also discussed the problem of the calculation of the shear strength in the walls with circular and semi-circular section making the point about the state of the art scientific research and proposing a simplified method of calculation of said shear resistance. Finally, we applied the method of "Direct Displacement Based Design" (D.D.B.D.) in the structure analyzed by checking if the application of this design method could provide more quickly a value for estimate the safety factor of the building.

A seguito di eventi sismici che hanno evidenziato la fragilità del patrimonio esistente italiano e non solo, negli ultimi anni vi è stato un crescendo degli interventi di “miglioramento” e “adeguamento” sismico sulle costruzioni esistenti. Questi interventi, che possono essere di carattere locale o globale, fanno spesso affidamento all’uso di tecnologie innovative. I sistemi dissipazione di energia a controllo passivo, adottati per interventi di tipo globale, sono caratterizzati da un comportamento non lineare; al tempo stesso, anche le strutture esistenti, salvo i casi di adeguato isolamento sismico, saranno soggette a plasticizzazioni in caso di eventi sismici rilevanti. È consigliabile, dunque, l’uso di analisi non lineari. Lo scopo della tesi è quello di studiare interventi di miglioramento sismico, focalizzando l’attenzione sull’uso di controventi dissipativi. Viene presentato un caso applicativo, nel quale la struttura esistente in c.a. viene dotata di tralicci esterni di controvento con dissipatori BRAD. La struttura esistente è caratterizzata da telai monodirezionali e da quattro nuclei ascensore in c.a.; si individuano i telai come elementi sismici secondari, i nuclei come primari. Per descrivere il comportamento ciclico delle pareti costituenti i nuclei, si adotta una modellazione semplificata mediante il Wide Column Model (WCM) con inserimento di inelasticità concentrate attraverso cerniere a fibre. Piuttosto che condurre analisi statiche non lineari (pushover), si adottano analisi dinamiche non lineari con algoritmo ottimizzato FNA, capaci quindi di cogliere non solo il comportamento monotono, ma anche quello isteretico. In fase di verifica degli elementi esistenti si adottano, infine, approcci semplificati per l’applicazione delle formulazioni di Biskinis e Fardis riprese dalla normativa italiana (NTC 2018) ed europea (EC 8-3), sia per i meccanismi duttili sia per i fragili.

Il focus di questo lavoro di tesi è stato lo studio del comportamento degli edifici esistenti in calcestruzzo armato soggetti a determinati input sismici e la stima delle perdite economiche correlate a tali eventi. Gli aspetti teorico-pratici inerenti sia agli edifici esistenti che alle metodologie di stima delle perdite economiche sono stati dapprima studiati ed approfonditi, per poi essere applicati ad un caso studio reale di un edificio esistente in calcestruzzo armato. Complessivamente, all’interno del lavoro di tesi svolto, è possibile distinguere tre step sequenziali che convogliano, sul finale, nel caso studio analizzato. Nello specifico i macro-temi che hanno caratterizzato tale percorso di studio sono stati: la vulnerabilità sismica del territorio italiano e lo stato del patrimonio edilizio esistente; lo studio degli edifici esistenti, sia dal punto di vista normativo che analitico, con particolare riguardo agli edifici in calcestruzzo armato; le varie metodologie presenti in letteratura finalizzate alla stima delle perdite economiche dovute ad eventi sismici. Tale concetti sono stati poi finalizzati all’interno del caso studio in esame. Nello specifico, è stato studiato un edificio esistente in calcestruzzo armato su cui sono state eseguite delle analisi statiche non lineari al fine di valutarne la capacità e stimare la cosiddetta Perdita Annua Media Attesa (nota anche come PAM).

La distruzione e i danni causati dall’uragano Sandy e il lungo processo di ripresa tutt’ora in corso, hanno evidenziato l’importanza di adattare le aree costiere di New York City in modo che in futuro possano resistere e riprendersi rapidamente da uragani e inondazioni. Migliorare la resilienza delle comunità costiere significa proteggere e supportare la loro vivacità e il contributo che queste danno all’economia della città. I quartieri di New York City situati vicino all’acqua devono affrontare la grande sfida di adattarsi ai rischi di inondazione, che sono in costante aumento. Sostituire gli edifici esistenti non è una soluzione sostenibile. È di importanza critica, invece, stimolare il retrofitting degli edifici esistenti con modalità che siano praticabili dal punto di vista economico, sociale e della sostenibilità. D’altro canto tali interventi devono essere tesi a soddisfare gli obbiettivi del piano strategico della città di New York di riduzione delle emissioni di CO2 dell 80% entro il 2050. Questo studio propone le strategie di add-on di ABRACADABRA come soluzione efficace per rispondere ai problemi di realizzabilità sia per quanto riguarda il floodproofing e sia per quanto concerne gli interventi di deep energy renovation. Tale approccio considera la vendita o la locazione degli add-on come mossa strategica essenziale per finanaziare tali interventi e ridurre con successo la vulnerabilità delle zone costiere e al contempo promuovere il retrofitting energetico su larga scala. L’efficacia delle strategie di add-ons di ABRACADABRA è stata simulata su un isolato di row houses di Brooklyn. Grazie alla creazione di strumenti parametrici ad-hoc, sono stati elaborati differenti scenari che analizzano il rapporto costi-benefici, in modo da individuare i limiti nella realizzabilità degli interventi. In via del tutto speculativa, si è provato infine a misurare l’impatto economico di possibili guadagni derivanti dal net metering e dal footprint trading.

Il presente lavoro di tesi consiste nell’analisi della vulnerabilità sismica dell’edificio sede del Dipartimento di Chimica “G.Ciamician” e nella redazione di un progetto di miglioramento sismico e rifunzionalizzazione dello stesso. Inizialmente è stato svolto un accurato lavoro di rilievo attraverso l’ausilio del laser scanner, che ha permesso di ricostruire in formato vettoriale tutti i prospetti dell'edificio. Parallelamente è stata condotta un’analisi storica suddividendo l'immobile in tre differenti unità, considerate strutturalmente indipendenti. La ricerca e i sopralluoghi effettuati in sito hanno reso possibile la ricostruzione delle vicende evolutive dell'immobile ed una caratterizzazione materico - costruttiva dei suoi elementi strutturali. Terminata la fase di analisi, è stata effettuata una valutazione qualitativa della vulnerabilità sismica globale delle tre unità attraverso modelli semplificati LV1. Concentrandosi poi sull'Istituto di Chimica Generale, è stata condotta un’analisi locale della risposta sismica, individuando le principali vulnerabilità e relazionandole ai cinematismi di collasso attivabili. In questo processo le schede CINE hanno fornito indicazioni circa i meccanismi di danno più facilmente attivabili. Sulla base dei risultati ottenuti sono stati progettati degli interventi di miglioramento sismico al fine di ridurre o, dove possibile, eliminare le vulnerabilità riscontrate in fase di analisi. Parallelamente è stato redatto un progetto architettonico, corredato da un progetto di prevenzione incendi. Le scelte operate hanno tenuto conto delle vulnerabilità riscontrate, con l’obiettivo di ricercare il miglior compromesso tra progetto architettonico e progetto di miglioramento sismico, in modo da rendere l’edificio funzionale rispetto alla nuova destinazione d’uso migliorandone al tempo stesso la risposta nei confronti del sisma.

In questo studio di tesi è stata eseguita un' analisi storico critica sugli edifici del complesso della Clinica Neurologica di Bologna, sono state valutate le sollecitazioni attraverso una modellazione 3D con software agli elementi finiti SAP2000, e sono state eseguite le verifiche dei meccanismi di collasso globali, locali ed inoltre verifiche di deformabiltà.

In seguito ai recenti eventi sismici si è volta una sempre maggiore attenzione al fenomeno della liquefazione e degli effetti indotti su terreni ed opere. In contesti urbanizzati o sotto strutture/edifici esistenti, quale è la costa nord-adriatica, le soluzioni di mitigazione ordinarie rimangono spesso inapplicabili per la complessità della situazione e/o l’impossibilità tecnica di intervenire nel volume di interesse dell’opera stessa. In letteratura vi sono elementi utili per considerare la permeazione con silice colloidale la tecnica attualmente più promettente per il miglioramento dei terreni sotto edifici esistenti; tuttavia è necessario approfondire la ricerca verso l’applicazione su terreni in condizioni naturali per ottimizzarne la funzionalità, la messa in opera e la sicurezza. Partendo da uno studio sul territorio di Rimini ed in campi prova messi a disposizione dall’Amministrazione locale, si è svolta un’approfondita caratterizzazione delle sabbie costiere al fine di definire i parametri chiave per l’applicazione di tale tecnica, nonché il relativo comportamento dinamico e ciclico. Su alcune miscele si è condotto uno studio atto a definirne il comportamento reologico al variare dei componenti e delle condizioni chimico-fisiche al contorno, utile al controllo dei tempi di gelificazione. In laboratorio poi si sono eseguite prove di permeazione in scala ridotta su sabbie rappresentative e, dal relativo comportamento dinamico e ciclico, si sono sviluppati modelli di analisi di risposta sismica di sito in tensioni efficaci pre-post intervento, necessari a simulare il grado di miglioramento ottenibile sui terreni costieri di Rimini nell’ipotesi di eventi sismici caratteristici; ciò ha evidenziato un’elevato grado di miglioramento senza alterare significativamente il comportamento dinamico dei terreni. Gli sviluppi futuri della ricerca saranno volti essenzialmente all’applicazione in sito ed alla calibrazione dei metodi di controllo e verifica del trattamento.
After recent seismic events, the phenomenon of soil liquefaction and related effects on structures have received much attention in the engineering research and practice. In urbanized contexts, such as the North-West Adriatic coast, standard mitigation solutions under existing structures are often inapplicable due to the complexity of the contest or to the technical impossibility of intervention. From an intensive literature review it can be deduced that the permeation grouting technique by means of colloidal silica could be a promising solution to mitigate soil liquefaction under existing structures. However, it is necessary to go further with research studying this specific technique not only in the laboratory but also on in-site to consider also the specific soil natural conditions. In this thesis, an extensive experimental study is carried out on the Riminese sandy coast aimed at obtaining the key parameters for the application of this technique and the dynamic and cyclic characterization of the local deposits. An extensive rehological study is also performed to investigate, in particular, the gelation time of mixtures of different characteristics, varying the percentage of components and the chemical-physical conditions (e.g. pH and temperature of the mixtures). Then, small-scale permeation tests are performed in the laboratory on representative coastal sands in order to estimate the degree of improvement achievable on-site by means of permeation grouting and the cyclic and dynamic behaviour of treated soil. Finally, seismic site response analyses in effective stress are carried out considering untreated and treated soil parameters (before and after permeation treatment) and using a set of recorded accelerograms compatible with the historical seismicity of the area. Results show that permeation grouting with colloidal silica can be a promising technique for the mitigation of the liquefaction susceptibility of the soil under existing structures.

Il primo capitolo della tesi ripercorre l’evoluzione storico-normativa in ambito strutturale, definisce il concetto di sisma e le modalità di interpretazione dello stesso. Il secondo capitolo spiega la teoria dell’isolamento sismico e la sua evoluzione storico-normativa mettendo in luce le differenze sostanziali con la progettazione tradizionale. Vengono illustrate diverse tipologie di isolatoti definendone le caratteristiche e citando esempi di interventi già realizzati. Nel terzo capitolo viene definito il concetto di vulnerabilità sismica, i parametri che lo influenzano e le modalità previste da normativa per definirlo. Si analizza l’edificio oggetto di studio, le caratteristiche, la localizzazione, l’evoluzione e si esegue l’analisi di vulnerabilità sismica e le opportune verifiche di resistenza arrivando a definire la classe di rischio sismico. Il quarto capitolo si concentra sul sistema di isolamento e sulla corretta progettazione dello stesso. Si sono scelti i dispositivi; studiata la loro localizzazione e progettato quanto necessario per svolgere l’analisi della struttura isolata nonché le verifiche richieste da normativa. Nel quinto capitolo si sono progettati i rinforzi locali sugli elementi strutturali aventi sezioni di scarsa rigidezza. Si è scelto di realizzare rinforzi in tessuto in fibre di carbonio e di progettare e verificare a taglio e a flessione ogni tipologia di sezione geometrica analizzando la situazione con rapporto Capacità/Domanda più svantaggioso. Il sesto capitolo spiega la realizzazione di quanto progettato. Si analizzano le modalità pratiche di intervento in cantiere e grazie ai disegni di FIP industriale è si sono potuti realizzare dettagli grafici. Successivamente si è svolta una stima globale dei costi per macro-categorie. In seguito a tale analisi è stato possibile riflettere sul rapporto costi-benefici del progetto di adeguamento sismico mediante isolamento alla base.

Il presente elaborato di tesi rientra nel progetto regionale TimeSafe,il quale prevede lo sviluppo di tecnologie integrate ed innovative a limitato impatto ed invasività per il miglioramento sismico di edifici senza interruzione d’uso. In particolare, lo scopo dell’elaborato di tesi è quello di studiare l’interazione fra una struttura esistente e un sistema innovativo di rinforzo esterno basato sull'utilizzo di casseforme coibentanti in polistirene con armature metalliche integrate, elementi in calcestruzzo gettato e proiettato e relativi sistemi di collegamento. Si vuole inoltre capire se è possibile progettare il sistema di rinforzo TimeSafe considerando come elementi sismo-resistenti nei confronti degli Stati Limite Ultimi (SLV e SLC) solamente traversi e pilastri o se è necessario modellare anche il contributo della parete di completamento per raggiungere il livello di sicurezza richiesto. Pertanto, si studia in tal senso dapprima la vulnerabilità della struttura esistente nei confronti dell’azione sismica, quindi si valuta il miglioramento ottenibile applicando la tecnologia di rinforzo TimeSafe. In questa fase si effettuano diverse prove finalizzate a trovare la migliore soluzione di rinforzo dal punto di vista strutturale e costruttivo. Parallelamente si intende definire un criterio di progetto fruibile anche in campo professionale attraverso cui effettuare il dimensionamento delle armature del sistema di rinforzo e le relative verifiche, in funzione sia della vulnerabilità sismica dell’edificio esistente sia del livello di sicurezza che si vuole raggiungere. Lo studio comprende analisi in campo lineare della struttura pre e post-intervento, le quali permettono di valutare la vulnerabilità e fungono anche da supporto e controllo per le analisi successive svolte in campo non lineare. Queste ultime consentono di valutare sia come si modifica il meccanismo di collasso della struttura una volta inserito il rinforzo, sia come cambia la sua vulnerabilità.

Pro-GET-onE sta per Proactive synergy of inteGrated Efficient Technologies on buildings Envelopes, che significa Sinergia proattiva di tecnologie efficienti integrate sull’involucro degli edifici, ed è un progetto che si propone di combinare uno stesso sistema integrato, basato su componenti preassemblati, che collaborano per massimizzare le prestazioni in termini di: fabbisogno energetico andando a ottimizzare, aggiungendo o sostituendo l’involucro attuale, le componenti di ventilazione, riscaldamento e aria condizionata; sicurezza, utilizzando una struttura esterna alla costruzione esistente che vada a aumentare la rigidezza di quest’ultima, diminuendone la risposta in caso di sisma in termini di spostamenti e sollecitazioni; sostenibilità sociale, conseguenza dell’aumento di metratura per l’unità abitativa e quindi della crescita del valore immobiliare degli edifici, permettendo soluzioni personalizzate e su misura per gli utenti, proprietari e gestori di casa, minimizzando il disturbo sugli abitanti. L’elaborato dello studio risponderà alla domanda più importante riguardante Pro-GET-onE, ovvero l’effettivo apporto benefico della struttura in acciaio sugli edifici esistenti in cemento armato in termini di spostamenti, e ne analizzerà le variazioni in modo tale da massimizzarne il rendimento strutturale. L’analisi presentata ha un carattere induttivo. Esamina diverse alternative e va a focalizzarsi, procedendo nelle casistiche, su quelle più significative per l’analisi stessa, va quindi a sviluppare il “particolare” partendo dal “generale”. Più nel dettaglio questo significa che sono stati analizzati diversi modelli virtuali di edifici “esistenti”, facendo variare la configurazione della planimetria, il numero dei piani e le ipotesi relative agli orizzontamenti. Sulla base delle conclusioni delle analisi sui modelli si è operato poi sul caso reale, di edificio in cemento armato ad uso residenziale di Peristeri (Atene).

Nel primo capitolo verrà proposta una breve introduzione all'argomento della tesi illustrandone l’obiettivo finale e le principali metodologie di progettazione ad ora impiegate per le costruzioni in zona sismica. Nel secondo capitolo vengono descritti i principali di sistemi di dissipazione passivi attualmente presenti in commercio, illustrandone le principali caratteristiche. Nel terzo capitolo viene affrontato l’aspetto progettuale e di valutazione della risposta strutturale connesso all’applicazione dei dispositivi di dissipazione fluidoviscosi non lineari nell’ambito di strutture esistenti. Verranno pertanto presentate alcune delle procedure riportate in letteratura mirate ad affrontare differenti problematiche connesse all’utilizzo di dissipatori fluidoviscosi. Nel quarto e quinto capitolo verranno presentate alcune applicazioni della procedura proposta dall’MCEER, con riferimento rispettivamente ad oscillatori semplici e telai piani, al fine di valutare la risposta strutturale e dimensionare i dissipatori fluidoviscosi non lineari per un assegnato valore dell’indice di smorzamento. Inoltre sono state condotte analisi non lineari dinamiche per consentire un confronto con i parametri ottenuti applicando il metodo dello spettro di capacità. Nel sesto capitolo viene affrontata l’analisi di un edificio tridimensionale asimmetrico in pianta e dimensionato per soli carichi verticali. Tale capitolo costituisce il fulcro della tesi ed il principale obiettivo sarà quello di investigare l’effetto di differenti distribuzioni delle proprietà dei dissipatori fluidoviscosi non lineari, in pianta ed in altezza, sulle prestazioni della struttura. Nel settimo capitolo verranno riportate le principali considerazioni in merito ai risultati ottenuti al capitolo precedente, fornendo informazioni utili al fine di ottimizzare il dimensionamento di un sistema di dissipazione nel caso di una struttura tridimensionale asimmetrica in pianta.

Il patrimonio edilizio italiano è composto principalmente da costruzioni realizzate nel secondo dopoguerra, quando la speculazione economica e l'urbanizzazione hanno prodotto edifici con caratteristiche di scarsa qualità architettonica ed energetica. Agire sul rendimento energetico degli edifici esistenti, adattandoli alle caratteristiche richieste dalla normativa, a parità di condizioni di comfort, rappresenta una strategia importante per la riduzione dei consumi energetici e per la tutela dell'ambiente. Attraverso l'applicazione di tecnologie e metodologie innovative e la scelta di investimenti adeguati, il retrofit energetico può rappresentare oggi la principale opportunità di crescita in campo economico ed ambientale, e un'opportunità di innovazione nel settore delle costruzioni. La ricerca si propone di valutare le prestazioni energetiche degli edifici esistenti, attraverso una metodologia di retrofit energetico, capace di individuare, caso per caso, le soluzioni più adeguate e i relativi interventi, in riferimento anche al loro rapporto costi-benefici. In questo modo, è possibile scegliere le strategie per il miglioramento dell'efficienza energetica, valutare le opportunità di risparmio energetico e il periodo di recupero per ammortizzare l'investimento. Il campo di indagine riguarda in particolare la notevole quantità di edifici residenziali che hanno occupato il territorio della "Piana dei Colli" di Palermo, a seguito del cosiddetto "Sacco Edilizio" degli anni '60.
The energy retrofit. The Post war residential buildings of Palermo The Italian building stock is mainly composed of constructions from the second post-war period, when economic speculation and urbanization have produced characteristics of poor architectural and energetic quality. By acting on the energy performance of existing buildings, adapting these characteristics to those required by regulations, on equal terms of comfort, represent an important strategy to the reduction of energy consumption and to the environmental protection. Through the application of innovative technologies and methodologies and the choice of appropriate investments, the energy retrofit can be now the main growth opportunity in the economic and environmental field, and an innovation opportunity in the building's. The research is aimed at evaluating the energy performance of existing buildings, through an energy improvement methodology, which may identify, case by case, cost-effective solutions and interventions, according to the cost-benefit analysis. In this way, it is possible to choose strategies for the energy efficiency improvement, assessing the energy savings opportunities and the payback period to amortize the investment. The field of inquiry specifically concerns the substantial amount of residential buildings that have occupied the territory of "Piana dei Colli" in Palermo, as result of the "Sacco Edilizio" of the '60s.

Il lavoro di tesi si propone di valutare il livello di sicurezza sismica di una parte del complesso edilizio e monumentale del Baraccano. Nella tesi sono illustrati tutti i passaggi per la valutazione della vulnerabilità, per la moderazione della struttura, nonché un'ampia sintesi dei risultati ottenuti

L’obbiettivo della tesi è quello di andare a contestualizzare il metodo "Direct Five Step Procedure" (DFSP) per la progettazione di un sistema di dissipatori fluido-viscosi in un adeguamento/miglioramento sismico di un edificio esistente ed integrando la procedura tenendo conto della capacità duttile della struttura. Per fare ciò si è preso in esame un edificio esistente situato a L’Aquila caratterizzato da un rapporto C/D (capacità/domanda) intorno a 0.2-0.3 così da rendere necessario l’accoppiamento di dissipazione viscosa tramite smorzatori e di dissipazione isteretica attraverso il danneggiamento negli elementi strutturali (travi e pilastri). Imponendo come condizione η = ηξ * ηq (fattore di riduzione della risposta sismica costituito da due contributi: uno viscoso ed uno isteretico) ed utilizzando la DFSP per la progettazione degli smorzatori viscosi si è andato a studiare il comportamento della struttura tramite analisi dinamiche non lineari (come imposto da normativa), utilizzando diverse taglie di smorzatori e confrontando i fattori di riduzione di target e quelli ottenuti a valle delle analisi.

Nella presente trattazione vengono presentati i risultati ottenuti da analisi sulle proprietà dinamiche e sulla risposta sismica di strutture in c.a. intelaiate con travi principali ordite in modo differente ai vari livelli di piano. Dopo alcune considerazioni iniziali sulle problematiche della valutazione della sicurezza strutturale e di conseguenza della riduzione della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti,si è proceduto alla descrizione della struttura di riferimento, all'analisi dei carichi ed alla progettazione statica. Si è quindi passati alla descrizione dei modelli considerati nello studio; essi sono 7 e si differenziano per la disposizione delle travi ai vari piani. Solamente nel perimetro della struttura, sui lati ortogonali alle travi, sono disposti cordoli. L'analisi modale è stata condotta ricavando i periodi propri di vibrazione nelle tre direzioni X,Y,ϑ per i modi di vibrare dei modelli considerati; in particolare i periodi del primo modo di vibrare sono stati riportati in un istogramma in funzione dei modelli studiati. Lo studio della risposta sismica è stato ricavato mediante analisi sismica con spettro di risposta e analisi sismica con accelerogrammi di tipo lineare dinamica. Dal confronto dei risultati dei due diversi tipi di analisi si osserva che la diversa disposizione delle travi principali ai vari livelli di un edificio con struttura intelaiata in c.a. determina negli elementi verticali resistenti sollecitazioni e spostamenti caratterizzati da una certa variabilità. La conoscenza dei comportamenti non è solo utile quando si deve affrontare il tema della valutazione degli edifici esistenti, ma anche quando si devono progettare nuove costruzioni. Dallo studio emerge che le strutture con orditura delle travi alternata ad ogni piano hanno un comportamento molto simile a quello delle strutture 3D, uniforme nelle due direzioni ortogonali, quindi si può affermare che, a conti fatti, non sono così sbagliate le soluzioni alternate singole.

Lo scopo del presente lavoro è quello di affrontare le problematiche legate alla pianificazione, programmazione e scelta delle modalità con cui condurre valutazioni sulla vulnerabilità sismica di edifici esistenti di tipo sia qualitativo che quantitativo, oltre a valutare le implicazioni legate ai vari aspetti che concorrono alla valutazione delle prestazioni strutturali.

Un elemento fondamentale nello sviluppo di strategie di prevenzione e di riduzione del ri-schio sismico è la valutazione del comportamento strutturale sotto azioni sismiche di inten-sità distruttiva: per gli edifici esistenti il problema si pone essenzialmente nella valutazione della loro attuale predisposizione al danneggiamento, ossia della loro vulnerabilità. Le procedure utilizzabili per condurre tali operazioni possono avere vari livelli di dettaglio in funzione della qualità e quantità di informazioni che si acquisiscono per ogni singolo e-dificio. In un'ottica di mitigazione del rischio sismico, queste analisi vanno condotte su in-teri ambiti territoriali o urbani e quindi su una pluralità di edifici: ciò porta conseguente-mente a ricercare procedure di valutazione della vulnerabilità che, partendo da un'acquisi-zione il più possibile speditiva di informazioni, permetta di formulare una stima sufficien-temente attendibile della danneggiabilità sismica, senza ricorrere a modelli eccessivamente raffinati. Inoltre, il patrimonio edilizio e, in particolare, il tessuto urbano storico in Italia, così come in molti altri Paesi a rilevante rischio sismico, sono prevalentemente costituiti da edifici in muratura portante, generalmente costruiti in epoche passate in assenza di normative antisi-smiche. La fabbriche tradizionali si possono considerare come assemblaggi di elementi de-terminati staticamente, vincolati in modo monolatero ed essenzialmente basati sugli accor-gimenti dettati dalla cosiddetta “regola dell’arte”: tali accorgimenti si trovano effettiva-mente solo in edifici di una certa importanza, mentre nell’edilizia ordinaria sono piuttosto rari, con conseguente incremento della debolezza statica e sismica. Tali condizioni portano a preferire, ai fini dell’analisi strutturale per la valutazione della vulnerabilità sismica, veri-fiche di dettaglio di meccanismi elementari di collasso su singoli elementi, ricercando l’eventuale punto debole della costruzione, piuttosto che studi dell’intero edificio che con-siderino il comportamento ideale di scatola pluriconnessa elastica o elastoplastica. Infine, un’analisi del territorio che muove la propria scala di indagine dalla singola unità strutturale all’intero centro storico e oltre, non può prescindere dal fatto che il costruito in muratura si trova spesso organizzato in aggregati di edifici interagenti in modo complesso: questo rende ancora più difficoltosi l’approccio, lo sviluppo delle analisi e l’interpretazione dei risultati. Negli scorsi anni, sono state svolte numerose ricerche (le più recenti nell’ambito dei progetti ReLUIS - Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica) che hanno permesso di proporre una metodologia innovativa in rapporto alla complessità dell’edificato storico e versatile sia per analisi predittive e di verifica post-sisma, sia per il progetto di piani di mitigazione. La metodologia, già applicata in diversi centri storici, nei quali sono stati in-dividuati campioni significativi di edifici (unità strutturali) appartenenti a diverse tipologie costruttive, prevede una imprescindibile fase di conoscenza preliminare di impostazione fortemente interdisciplinare, basata sulla raccolta di dati in sito mediante l’utilizzo di appo-site schede e sulla realizzazione di campagne minime di indagini sperimentali. A partire dalle informazioni disponibili sono effettuate analisi storico - tipologiche, strutturali, dei meccanismi di danno e degli interventi pregressi e sono successivamente svolte valutazioni della vulnerabilità sismica dei sistemi edilizi aggregati, mediante l’applicazione di procedure automatiche di calcolo, basate sulla stima della resistenza nel piano e sullo studio di meccanismi locali di collasso fuori piano di macroelementi strutturali: tali procedure di calcolo limite dipendono da pochi parametri geometrici e meccanici, e quindi non richie-dono un rilievo estremamente accurato e pesanti oneri computazionali. In questa sede sono illustrate le versioni più recenti di queste procedure, aggiornate agli ul-timi sviluppi normativi: esse, mediante l’applicazione a tre centri storici dell’Italia centrale scelti come casi di studio (Campi Alto di Norcia, Castelluccio di Norcia e Sulmona), hanno dimostrato la loro completezza e affidabilità, attraverso il confronto dei risultati sia con l’effettivo comportamento della classe del costruito esistente in muratura in occasione di recenti eventi sismici, sia con le previsioni statistiche fornite dalle scale macrosismiche, sia con modellazioni meccanico-capacitive di dettaglio del comportamento nel piano e fuori del piano. Queste ultime hanno consentito, oltre che una calibrazione delle procedure, la messa a punto di metodi di calcolo e verifica strutturale: in questo senso è risultato partico-larmente innovativo e per questo particolarizzato sul solo caso studio di Sulmona l’approccio capacitivo sviluppato per lo studio del comportamento nel piano. La metodologia di studio, sistematizzando le valutazioni di vulnerabilità per edifici in mu-ratura aggregati all’interno di centri storici, si presta a interessanti applicazioni in ambito normativo, specialmente per quel che riguarda la gestione e la tutela del patrimonio archi-tettonico; i risultati ottenuti avranno inoltre particolari riscontri nelle attività di ricerca e in quelle più applicative che si stanno sviluppando in Abruzzo a seguito degli eventi relativi al sisma del 6 Aprile scorso.

La tesi affronta il tema degli effetti dei cambiamenti climatici di medio (2036-65) e lungo periodo (2066-95) sulle prestazioni energetiche degli edifici collocati nelle zone climatiche C e D (clima mediterraneo) e ne analizza l’impatto sulle strategie di riqualificazione energetica dei patrimoni edilizi residenziali costruiti precedentemente all’entrata in vigore della Legge 373/76. Dai primi risultati della ricerca, che concordano con le conclusioni dei principali contributi internazionali sul tema, emerge come, a fronte del prevedibile incremento delle temperature esterne, gli edifici esistenti vedranno un rilevante aumento dei propri consumi per raffrescamento. In particolare, sul lungo periodo, l’incremento di energia richiesto per coprire il fabbisogno estivo, in funzione della tipologia edilizia e del livello di isolamento degli edifici (epoca di costruzione), potrebbe non essere compensato dalla diminuzione del corrispondente fabbisogno invernale, portando ad un incremento dei consumi di energia primaria globale con un conseguente aumento delle emissioni di gas climalteranti a carico del settore civile. Le analisi preliminari svolte per indagare l’efficacia delle misure di efficientamento energetico nell’affrontare i cambiamenti climatici, evidenziano inoltre come negli edifici esistenti non coibentati la priorità di intervento sarà ancora costituita dall’isolamento termico dell’involucro, mentre negli edifici attuali già isolati sarà primariamente richiesto il controllo degli apporti solari. Da queste considerazioni, già avallate da altre ricerche, emerge la necessità di valutare mediante strumenti e metodologie adeguate, gli interventi di efficientamento energetico dei patrimoni edilizi esistenti prendendo in considerazione anche gli effetti dei cambiamenti climatici sulle diverse tipologie edilizie, epoche di costruzione e contesti climatici e microclimatici. La ricerca si propone pertanto di analizzare, mediante la simulazione energetica in regime dinamico, una casistica significativa di modelli edilizi multifamiliari in linea rappresentativi del patrimonio residenziale pubblico (INA-CASA e GESCAL) della Toscana, a cui si ipotizza di applicare le misure di efficienza energetica incentivate dallo Stato e maggiormente diffuse sul territorio nazionale, la cui fattibilità tecnicoeconomica è ampliamente documentata (ENEA). L’importanza del patrimonio edilizio preso in considerazione è dovuta alla sua entità numerica (il 52% della abitazioni italiane è stato costruito nel periodo 1946-1980 e il 63% di queste è collocato in edifici plurifamiliari) e alla sua scarsa qualità energetica, in quanto costruito antecedentemente alla prima norma nazionale sul contenimento dei consumi energetici in edilizia. La rappresentatività del campione scelto è determinata dall’influenza che gli edifici realizzati nell’ambito dei suddetti piani di ricostruzione hanno avuto nel definire l’identità tipologica e distributiva dell’edilizia residenziale italiana del dopoguerra. L’obiettivo della ricerca è, quindi, costituto dalla valutazione delle suddette misure di efficientamento, al fine di individuare quelle in grado di garantire prestazioni energetiche ottimali in funzione dei costi sul medio e sul lungo periodo. Alla luce della prospettiva di lungo termine adottata, la valutazione ha considerato diversi possibili scenari di evoluzione futura dei parametri climatici (intensità del cambiamento climatico) e dei fattori tecnico-economici (vita utile, tasso di sconto, prezzo dei vettori energetici) al fine di individuare le soluzioni più robuste, ovvero quelle che mantengono una validità apprezzabile nel tempo a fronte dei fattori di incertezza ipotizzati, e che quindi meglio di adattano ai possibili valori assunti dagli stessi. La metodologia adottata è analoga a quella sviluppata e condivisa a livello europeo (Direttiva 2010/31/UE, Regolamento UE 244/2012, 2012) per la determinazione dei livelli ottimali di prestazione energetica degli edifici. Tale metodologia è stata implementata in Italia, mediante una ricerca congiunta CTI, ENEA e RSE, finalizzata alla definizione dei requisiti minimi di prestazione energetica per gli edifici nuovi e soggetti a riqualificazione energetica contenuti nel DM 26/6/2015. In rapporto al suddetto lavoro, la presente tesi ha proposto le seguenti implementazioni, al fine di soddisfare gli obbiettivi preposti: - Estensione dell’analisi a località rappresentative delle zone climatiche C e D, che insieme includono quasi la metà degli edifici residenziali italiani, superando la zona E; - Condizioni al contorno climatiche condizionate dagli effetti del riscaldamento globale; - Allargamento dell’analisi tipologica del patrimonio edilizio esistente sviluppata nei progetti europei Tabula-Episcope, al fine di incrementarne la rappresentatività degli edifici campione; - Simulazione della prestazione energetica con codici di calcolo in regime dinamico al fine di valutare più accuratamente gli effetti dell’inerzia termica e dell’irraggiamento solare di particolare importanza in ambito mediterraneo. Dall’analisi combinata dei costi e delle prestazioni energetiche, condotta secondo la suddetta impostazione metodologica, emergono indicazioni che, a prescindere dai valori assoluti, sono utili per evidenziare le tendenze dell'efficacia delle misure di adattamento al cambiamento climatico in clima mediterraneo. Si evidenzia innanzitutto come l’individuazione degli interventi di riqualificazione caratterizzati da un profilo costi/prestazioni ottimale o quantomeno accettabile sia fortemente influenzata dalle caratteristiche tipologiche e tecnologiche dell’edificio, dalle incertezze relative ai comportamenti degli utenti e, infine, dagli scenari economici e climatici ipotizzati. Le differenze, in termini di prestazione energetica e ritorno economico dell’investimento possono essere molto significative e comunque tali da rendere necessaria un’accurata valutazione tesa ad evitare soluzioni di efficientamento non ottimali e soprattutto poco robuste. In generale le elaborazioni dei risultati indicano che le strategie di intervento più valide non si ottengono con l’applicazione di una sola misura di efficientamento (ad esempio la sola sostituzione degli infissi) ma prevedono sempre un’applicazione congiunta e coordinata di più misure di efficienza energetica diverse, articolate su livelli prestazionali adeguati al particolare contesto climatico ed edilizio nel quale si interviene. Se le schermature solari, negli edifici orientati ad Est ed Ovest, e i sistemi di climatizzazione con pompa di calore aria-aria invertibili, impiegati sia in estate che in inverno, mostrano la propria robustezza in tutti gli scenari considerati, maggiormente complessa è la selezione del corretto livello di isolamento termico dell’involucro: per le superfici trasparenti i requisiti di trasmittanza individuati dalla vigente legislazione (DM 26/6/2015) risultano un limite costo-ottimale che nel futuro non è conveniente superare; per l’involucro opaco, invece, gli interventi che considerano spessori di isolamento maggiori di quelli previsti negli edifici a energia quasi zero risultano ottimali nella maggior parte delle situazioni. I risultati della ricerca, elaborati per due modelli di edificio esemplificativi della metodologia, sono stati sistematizzati in un foglio di calcolo, al fine di renderli facilmente consultabili e liberamente implementabili completando l’analisi sulla matrice tipologica o inserendo altre tipologie edilizie. Le indicazioni derivanti dalla ricerca possono essere utilizzabili, al fine di individuare aggiornamenti e correttivi ai limiti previsti dal DM 26/6/2015, nuovi valori da raccomandare per aree climatiche particolarmente interessate dall’incremento delle temperature, ovvero validare i livelli prestazionali dell’involucro e degli impianti nell’ambito della riqualificazione di edifici esistenti. In conclusione tutti gli aspetti analizzati possono avere ricadute interessanti per la revisione di aspetti normativi, anche legati all’incentivazione fiscale degli interventi di efficientamento, e per indirizzare efficacemente le scelte riguardanti la progettazione e l’efficientamento energetico del patrimonio edilizio residenziale esistente. Ciò consente di adottare una politica energetica e una strategia progettuale basata su una visione di lungo periodo che prenda in considerazione anche l’adattamento ai cambiamenti climatici tra altre possibili variabili, considerato che, trascurare del tutto tali aspetti, può portare ad una errata valutazione dei risultati attesi e perfino all’incentivazione e adozione di soluzioni potenzialmente controproducenti.

Il cambiamento climatico e l’intensa attività sismica sottolineano l'inadeguatezza del patrimonio edilizio esistente a proteggere la vita dei cittadini dai danni che possono verificarsi durante il ciclo di vita di un edificio. Più della metà degli edifici esistenti è stata costruita a partire dal 1950 senza adeguate caratteristiche tecniche e costruttive a causa della fretta di ricostruire le città danneggiate dalla guerra. Le criticità prestazionali che caratterizzano tali organismi sono legate a diversi fattori, quali l’insufficiente capacità strutturale dovuta alla cattiva progettazione dei dettagli tecnici, la presenza di materiali inadeguati e deteriorati, metodologie di esecuzione errate e mancanza di manutenzione. Negli ultimi anni, la politica di recupero attuata dagli Stati Membri dell’Unione Europea, è diventata la strategia a lungo termine principale per ridurre le emissioni di gas serra ed i costi energetici legati alla necessità di riscaldamento invernale e di raffrescamento estivo degli edifici. Il recupero energetico mira a trasformare le strutture esistenti in edifici a energia quasi zero (nZEB) al fine di migliorare il comfort indoor e proteggere la salute degli utenti. D'altra parte, adattare le strutture esistenti agli standard dei nuovi codici edilizi antisismici, ha lo scopo di mitigare le conseguenze legate all’intensa azione sismica. Attualmente, gli interventi tradizionali che mirano a limitare tali problematiche richiedono tempi e procedure di esecuzione lunghe, costose, talvolta pericolose ma soprattutto suddivise per categorie di lavoro ovvero a seconda del campo di applicazione per il quale sono richiesti. Questa tesi di dottorato, dunque, propone un’innovativa tecnologia di recupero basata su un sistema di pannelli prefabbricati innovativi dedicati all’ottimizzazione energetica e strutturale delle prestazioni degli edifici esistenti in cemento armato. Essa consiste nel rivestire l’edificio con moduli prefabbricati ad alte prestazioni termiche per mezzo di elementi metallici direttamente installati sulla facciata. La funzione di irrigidimento è garantita da un getto di calcestruzzo alleggerito nella cavità risultante tra la nuova facciata e l'edificio esistente, conferendo maggiore portanza e solidità alla struttura. La nuova tecnologia permette di integrare, già durante le fasi di installazione del sistema, dei sensori di monitoraggio atti a garantire il controllo delle prestazioni dell'edificio durante il suo ciclo di vita. Esso ha lo scopo di ridurre i tempi ed i costi di manutenzione e prevenire possibili danni irreversibili dell'edificio. Grazie ad un’attenta analisi dello stato dell'arte, all’osservazione delle procedure di prefabbricazione presso l'azienda partner del progetto, è stato possibile definire le condizioni e gli specifici obiettivi sul quale fondare il progetto del nuovo sistema tecnologico. In aggiunta, lo studio delle tipologie edilizie più diffuse all'interno del territorio Europeo e Nazionale ha condotto alla scelta del tipo di facciata meno performante dal punto di vista energetico per la quale approfondire la progettazione del sistema. Procedendo per scale di dettaglio a partire dalla caratterizzazione del materiale di isolamento del modulo prefabbricato, concepito con utilizzo di materiale proveniente dagli scarti industriali, si è giunti allo studio della configurazione dimensionale del pannello e della tecnologia di connessione con la facciata esistente, fornendo indicazioni sull’approccio di calcolo da utilizzare. Inoltre, grazie all'utilizzo di software di analisi agli elementi finiti, è stata fornita la metodologia preliminare per la verifica termo-igrometrica della stratigrafia in aggiunta all’approccio numerico di verifica del comportamento strutturale sotto l'azione sismica. Con la finalità di verificare preliminarmente il comportamento simulato del sistema applicato ad un edificio esistente, è stato selezionato un idoneo caso di studio italiano avente caratteristiche coerenti con la tipologia edilizia scelta per la progettazione del sistema tecnologico. Dai primi risultati è emerso che l’innovativo sistema di pannelli prefabbricati conferisce benefici in termini di riduzione delle dispersioni termiche, protezione dal rischio di formazione di ponti termici e irrigidimento strutturale a scapito però della duttilità dell'apparato portante. In seguito alla fase di progettazione e alla verifica preliminare delle prestazioni dell’innovativo sistema tecnologico si è passati alla validazione industriale dei componenti prefabbricati, delle procedure di fabbricazione e delle fasi di installazione del sistema, presso l’azienda partner del progetto. Pertanto, a partire dalla riproduzione su grande scala della nuova malta alleggerita, sono stati realizzati sei moduli prefabbricati, distinti secondo due categorie dimensionali al fine di comprendere le questioni legate alla loro movimentazione ed installazione. La simulazione di intervento di recupero è stata effettuata su un campione di muro costruito con le caratteristiche dell’edificio del secondo dopoguerra considerato nella fase di progettazione. L'esito positivo della prova di installazione e completamento dell’intervento, ha validato la procedura, i calcoli ed i dettagli costruttivi dell’innovativo sistema tecnologico.
Climate change and recent seismic activity have underlined the inadequacy of the existing RC building stock to protect people from damages that may occur during the building’s life cycle. More than 50% of the existing buildings, constructed in the second post-War World, does not present suitable technical and constructive features due to the haste of rebuilding the cities. They present criticalities regarding performance and durability related to many issues: insufficient structural capacity due to bad designed technical details, obsoleted, inadequate, and deteriorated materials, incorrect execution methods and lack of maintenance. The renovation of these buildings has become a primary long-term strategy in the European scenario. The energy retrofit have the aim to transform the existing buildings into nearly zero-energy buildings, reduce the greenhouse gas emissions and the energy costs related to the need for winter heating and summer cooling. It brings benefits to the internal environment and to the people health and safety. On the other hand, the purpose to adapt the existing structures to the anti-seismic building codes, is mitigating the damage caused by the earthquakes to property and people. Nowadays, there are many traditional interventions which aim to renovate the buildings, though they are expensive, involve long, difficult, and not prompt procedures, but above all, they are separated according to work categories. This doctoral thesis proposes an innovative building renovation system of novel precast concrete (PC) modules devoted to the optimization of the energy and structural performance of the existing RC buildings. It consists in covering the façade with the PC modules with high thermal performance, by means steel elements directly installed on the building. The structural strengthening is assured by a cast-onsite lightweight concrete in the resulting cavity between the novel and the existing wall. Moreover, the system project takes into account the possibility to insert into the stratigraphy, performance monitoring devises for the diagnosis and building automation already during the construction phases and inspect them anytime in case of maintenance. The aim is decreasing time and costs of maintenance, monitoring the building performance, and preventing the damages in case of bad functioning or structural uncertainty. The analysis of the existing building typologies has led to the choice of the less performed façade for which the system stratigraphy has been designed. It has been assumed that if the system improves the performance of the worst building façade for complying with the national codes, it is verified also for the other typologies for which a specific project is necessary. In compliance with the principles of environmental and economic sustainability, the PC panels contain materials from industrial wastes. In detail, an innovative lightweight mortar with recycled Extruded Sintered Polystyrene (rEPS) has been designed and tested in order to get a performed insulating material with high thermal properties. Initial simulated analyses have been performed to understand the system characteristics of thermal insulation, structural strengthening, thus, to apport improvements on technical details. Finiteelement- method models (FEM-models) have been realized with COMSOL Multiphysics software for thermal investigation and SAP2000 for structural assessment. An Italian meaningful case study has been considered in order to simulate the application of the system and estimate the benefits it provides in terms of thermal performance and structural strengthening. The results show deep improvements in thermal performance and stiffness of the building, although a reduction of ductile capacity occurs. Six prototypes of the PC panel have been realized in compliance with the project partner enterprise with the aim to comprehend the production procedure of the building component. The panels have been distinguished in two dimensional categories in function of the height to better understand the ease of transport and installation. A RC frame with brick infill wall has been constructed with features similar to which of the existing building typology selected to design the technology. The wall dimensions have been chosen for applying the six panels in two rows and three columns. Finally, the theoretical procedure for the technological system installation has been really applied to the sample in order to verify the suitability of the phases and the coupling of the panels along vertical and horizontal direction. The positive result of the installation test validated the procedure and the design details.
El cambio climático, unido a la intensa actividad sísmica, pone de manifiesto la falta de adecuación del patrimonio construido existente para proteger la vida de los ciudadanos ante los daños que pueden producirse durante el ciclo de vida de un edificio. Debido a la premura por reconstruir las ciudades tras la II Guerra Mundial, más de la mitad de los edificios existentes se construyeron a partir del 1950 sin las características técnicas adecuadas. Habitualmente, los problemas que caracterizan a estas construcciones se relacionan con su insuficiente capacidad estructural debido a detalles técnicos incorrectos, la presencia de materiales inadecuados y su progresivo deterioro, métodos de ejecución inapropiados, y la falta de mantenimiento. Además, en los últimos años, en materia de Edificación, las políticas de de la Unión Europea, y por ende de los Estados Miembros, se han focalizado en la reducción de las emisiones de gases del efecto invernadero de los edificios y de los costes energéticos relacionados con las necesidades de calefacción en invierno y refrigeración en verano. Estas estrategias energéticas tienen por objeto transformar las estructuras existentes en edificios de consumo casi nulo (nZEB), con el fin de mejorar el confort interior y proteger la salud de los usuarios. Por otra parte, adaptar las estructuras existentes a las normas de los nuevos códigos de construcción antisísmica persigue mitigar las consecuencias de eventos sísmicos. En la actualidad, las intervenciones tradicionales dirigidas a limitar estos problemas requieren plazos y procedimientos de ejecución largos, costosos, a veces peligrosos, pero sobre todo clasificados en base a los diferentes categorías de trabajo o según el ámbito de aplicación. Esta tesis doctoral propone una tecnología de intervención racionalizada basada en un sistema de paneles prefabricados innovadores orientados a la optimización de las prestaciones tanto energéticas como estructurales de edificios existentes con entramado resistente de hormigón armado. La metodología consiste en revestir el edificio con módulos prefabricados de altas prestaciones térmicas, referidos a la fachada mediante elementos metálicos directamente instalados sobre esta. La optimización de su desempeño estructural, a base de crear un comportamiento tipo caja, se materializa por el vertido in situ de un hormigón aligerado en la cavidad resultante entre la nueva fachada (paneles prefabricados) y la del edificio existente. Además, la nueva tecnología permite integrar, desde la fase de instalación del sistema, sensores para monitorizar el rendimiento del edificio durante su ciclo de vida. Con este nuevo sistema se pretende reducir el tiempo de materialización de la intervención, los costes de mantenimiento y prevenir posibles daños irreversibles al edificio. Gracias a un exhaustivo análisis del estado del arte y a la observación de los procedimientos de prefabricación en la empresa colaboradora del proyecto, ha sido posible definir las condiciones y los objetivos específicos en los cuales se fundamenta el proyecto del nuevo sistema tecnológico. Además, tras realizar un estudio detenido de los tipos edilicios más comunes existentes en Europa, especialmente en Italia y España, se ha escogido la tipología de fachada menos favorable desde el punto de vista energético con la finalidad de valorar la optimización obtenida por sistema diseñado.Mediante el empleo de software de análisis de elementos finitos se ha realizado tanto una verificación termo-higrométrica preliminar del sistema, como su comportamiento estructural bajo acción sísmica. Igualmente, se simuló el sistema propuesto aplicado a un edificio real localizado en Italia, con estructura de entramado resistente de hormigón armado y fachada de bajo rendimiento energético. De los resultados obtenidos se desprende que el sistema a base de paneles prefabricados aporta beneficios en términos de reducción de las dispersiones térmicas, protección contra el riesgo de formación de puentes térmicos y rigidez estructural, en detrimento de la ductilidad del sistema portante. Finalmente, tras la fase de diseño y la verificación previa de las prestaciones del sistema tecnológico, se describe la fase de prototipo en la que se realizó, en las instalaciones de la empresa asociada con el proyecto, la validación industrial de los componentes prefabricados, de los procedimientos de fabricación y de las fases de instalación del sistema en obra. Así, se han realizado seis módulos prefabricados distintos según dos categorías dimensionales, con el fin de comprender aspectos relacionados con su manipulación e instalación. La simulación de la instalación se llevó a cabo sobre una muestra de fachada recercada por una retícula de hormigón armado (haciendo las veces de vigas y pilares de una estructura de entramado resistente), construida con las características propias de un edificio de la posguerra. El resultado de la prueba de instalación fue satisfactorio, permitiendo validar el procedimiento y los detalles constructivos del innovador sistema tecnológico propuesto.