Muri Modulari Antisismici: La Rivoluzione dei Pannelli SCIP con Connessione a Tasca!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa di veramente interessante nel mondo delle costruzioni, specialmente per chi, come me, è affascinato dalle nuove tecnologie che possono rendere le nostre case più sicure, efficienti ed economiche. Sto parlando dei pannelli strutturali isolati in calcestruzzo (SCIP), e in particolare di una loro evoluzione: i pannelli modulari (MSCIP).

Ma cosa sono questi SCIP?

Immaginate un “sandwich” per costruire muri: al centro c’è un’anima leggera e super isolante, di solito polistirene espanso (EPS), racchiusa tra due strati di rete metallica elettrosaldata. Il tutto viene poi ricoperto su entrambi i lati con calcestruzzo (spesso spruzzato, il cosiddetto shotcrete). Ma la vera magia sta nei fili diagonali che attraversano l’EPS e collegano le due reti esterne, creando una sorta di struttura reticolare tridimensionale leggerissima ma incredibilmente rigida.

Questi pannelli non sono solo elementi di tamponamento, ma veri e propri muri portanti. I vantaggi? Ce ne sono parecchi:

• Sono più leggeri delle costruzioni tradizionali (si parla di un 40% in meno di peso complessivo dell’edificio!).
• Offrono un isolamento termico fantastico, aiutandoci a risparmiare energia.
• Sono durevoli e resistenti.
• Permettono una costruzione molto più rapida e con meno manodopera (uno studio ha riportato un risparmio del 67% sulla manodopera per muri e tetti!).
• Hanno un impatto ambientale ridotto.

Nonostante queste potenzialità, devo dire che questa tecnologia è ancora un po’ sottoutilizzata.

L’evoluzione: i Pannelli Modulari (MSCIP) e la Connessione a Tasca

Qui le cose si fanno ancora più interessanti. La versione modulare, MSCIP, porta la prefabbricazione a un livello superiore. Questi pannelli possono essere prodotti anche senza impianti industriali super avanzati, il che li rende perfetti per la ricostruzione rapida in aree colpite da disastri come terremoti o uragani. Pensate alla velocità e all’efficienza!

Però, c’era un “ma”. Mancavano studi approfonditi sul comportamento sismico di questi MSCIP, soprattutto quando si usano metodi di connessione innovativi. Ed è qui che entra in gioco il nostro studio. Abbiamo voluto indagare proprio questo: come si comportano i muri MSCIP sotto le sollecitazioni di un terremoto?

E abbiamo introdotto una novità anche nella connessione tra muro e fondazione. Invece dei classici “ferri di ripresa” che spuntano dalla fondazione (starter bars), abbiamo proposto e testato una connessione “a tasca” (socket connection). In pratica, la fondazione ha una sorta di incavo preformato in cui il pannello prefabbricato viene inserito e poi bloccato con malta ad alta resistenza. Perché questa scelta? Principalmente per migliorare la tolleranza in cantiere (è più facile posizionare il pannello) e velocizzare ulteriormente il montaggio.

Mettiamoli alla Prova: L’Esperimento

Quindi, cosa abbiamo fatto nel concreto? Ci siamo messi all’opera nel Laboratorio Strutturale (SLAB) dell’Idaho State University (ISU) e abbiamo costruito tre muri MSCIP a grandezza naturale, identici tra loro (li abbiamo chiamati A-1, A-2 e A-3). Dimensioni? Circa 1,24 metri di larghezza, 15 cm di spessore e un’altezza totale di 3,17 metri, con la connessione a tasca alla base che fungeva da incastro perfetto.

Per realizzare i pannelli abbiamo usato una tecnica simile al “tilt-up”, molto diffusa nel mondo della prefabbricazione. Abbiamo steso un primo strato di calcestruzzo autocompattante (SCC), posizionato l’anima SCIP (nucleo in EPS e reti), e poi gettato lo strato superiore. Dopo 28 giorni di maturazione, i pannelli erano pronti. Li abbiamo sollevati, inseriti con precisione nelle tasche delle fondazioni e bloccati con una malta speciale non ritirabile ad alta resistenza.

A questo punto, è arrivato il momento della verità: il test sismico. Abbiamo applicato un carico ciclico quasi-statico sulla sommità dei muri usando un attuatore idraulico, simulando le spinte orizzontali di un terremoto. Abbiamo seguito un protocollo standard (ACI 374.2R) e riempito i muri di sensori (potenziometri) per misurare ogni minimo spostamento, deformazione e curvatura, oltre ovviamente a registrare la forza applicata.

I Risultati: Come si sono Comportati i Muri MSCIP?

Ebbene, i risultati sono stati davvero incoraggianti! Vi racconto cosa abbiamo osservato.

Resistenza e Comportamento Generale:
Tutti e tre i campioni hanno mostrato un comportamento isteretico (il modo in cui rispondono ai cicli di carico e scarico) abbastanza simmetrico e una buona resistenza. Le capacità di carico laterale massime raggiunte sono state notevoli, variando tra i 17.49 kips (circa 77.8 kN) e i 19.64 kips (circa 87.4 kN). Il campione A-3 è stato leggermente il più performante in termini di picco di resistenza media (18.86 kips, circa 83.9 kN).

Modalità di Fessurazione e Rottura:
Durante le prime fasi del test, abbiamo visto formarsi delle fessure dovute alla flessione, concentrate soprattutto nella zona alla base del muro, quella che chiamiamo “cerniera plastica” – è lì che ci aspettiamo si concentri il danno in caso di sisma, per dissipare energia. Man mano che il carico aumentava, queste fessure si allargavano e se ne formavano altre più in alto.
La rottura finale, però, è avvenuta in modo abbastanza consistente in tutti e tre i campioni: prima lo schiacciamento del calcestruzzo sui bordi del pannello nella zona della cerniera plastica, e poi, elemento cruciale, la rottura della rete metallica all’interno di quella stessa zona. È stata proprio la rottura della rete a causare una significativa perdita di resistenza dei muri dopo aver raggiunto il picco massimo. Questo è un punto importante da tenere a mente per future ottimizzazioni!

Capacità di Dissipare Energia:
Un aspetto fondamentale per una struttura antisismica è la sua capacità di “assorbire” l’energia del terremoto deformandosi in modo controllato, senza crollare. Anche qui, i nostri muri MSCIP si sono comportati bene. Abbiamo misurato l’energia dissipata in ogni ciclo di carico. Il campione A-2 è stato il migliore, con una capacità di dissipazione cumulativa di 18.80 kJ, seguito da A-3 (16.60 kJ) e A-1 (13.20 kJ). Questi valori indicano una buona capacità di gestire l’energia sismica.

Duttilità e Sovraresistenza:
Senza entrare troppo nei tecnicismi, abbiamo calcolato due parametri importanti: la duttilità (la capacità di deformarsi plasticamente prima della rottura) e il fattore di sovraresistenza (quanto la resistenza reale supera quella di progetto). In media, abbiamo ottenuto un fattore di sovraresistenza di 1.37 e una duttilità di spostamento di 4.11. Sono valori che confermano la robustezza e la capacità deformativa del sistema.

Conclusioni: Un Futuro Promettente per gli MSCIP?

Tirando le somme, cosa ci dice questo studio?

• I muri MSCIP con connessione a tasca hanno dimostrato un ottimo comportamento sismico in termini di resistenza, capacità di dissipare energia e duttilità.
• La connessione a tasca si è rivelata una valida alternativa ai metodi tradizionali, potenzialmente più rapida e pratica in cantiere.
• La modalità di rottura predominante è stata quella flessionale alla base, con la rottura della rete metallica come evento scatenante della perdita di resistenza post-picco.

Personalmente, credo che questi risultati aprano scenari molto interessanti per l’applicazione degli MSCIP in zone sismiche. La combinazione di efficienza costruttiva, isolamento termico e buone prestazioni strutturali li rende una tecnologia da tenere d’occhio.

Certo, come ogni ricerca seria, anche la nostra ha aperto nuove domande. Sarebbe utile approfondire ulteriormente il comportamento di questi muri sotto diverse condizioni di carico e magari fare uno studio parametrico per vedere come vari fattori (spessore del nucleo, tipo di rete, resistenza del calcestruzzo) influenzano la risposta sismica. Ma la strada intrapresa sembra decisamente quella giusta!

Spero che questa panoramica vi abbia incuriosito. La ricerca di soluzioni costruttive sempre più performanti e sicure non si ferma mai!

Fonte: Springer