Il comportamento dell'involucro edilizio in caso di eventi meteorologici estremi. Studio del fenomeno dei "flying debris", definizione di strategie progettuali ed applicazione ad un caso di studio

Extreme climate events are increasing worldwide, both in intensity and frequency, due to climate change. It is no surprise that in the last decades, both in Italy and in Europe, new and unusual atmospheric events have been recorded. According to the European Environmental Agency (EEA), between 1980 and 2020, natural disasters caused in Europe the death of about 140.000 people and financial damage for over 520 billion euros. In particular, the greatest economic repercussions were caused by floods (around 40%), windstorms (25%), drought (around 10%) and heat waves (around 5%). Moreover, only 3% of all the extreme events are assumed to be the reason behind 60% of the economic loss. Cyclones and hurricanes have devastating consequences on buildings and infrastructure. Their damaging action is the direct consequence of wind loads combined with flying debris. Together they can lead building components to fail, resulting in an increase of the indoor air pressure and exposing the building contents to the rain. The building envelope represents the most important protective barrier against atmospheric phenomena and need to be designed to resist such destructive actions. Even if the financial and social effect is extremely relevant, the consequences of windstorms are still overlooked in academic contexts. If we consider extreme-wind events, when can we define a building as critical? How should we design envelopes in Europe and in Italy to prevent both short-term and long-term damages affecting buildings and inside activities? This thesis aims to provide an answer to these questions. The focus will be on how envelopes react in the faces of extreme gusts of wind and the impact of flying debris. The first part of the thesis deals with the origins and the nature of hurricanes and cyclones; we will then analyze the variables involved in this kind of phenomena (the climatic conditions, the environment, the types of debris, etc.). Subsequently, we will discuss the resulting damages and the features of the motion of flying debris. In a second part, we will show the main international reference testing procedures for façades exposed to flying debris impacts. Eventually, we will present the best technical solutions available on the market, employed to increase the resilience of building envelopes during extreme climate events. The ambition of this research is to develop a design tool to assess the criticality level of the site and establish specific design strategies.

Fenomeni climatici sempre più intensi, frequenti e devastanti sono in aumento in tutto il mondo a causa dei cambiamenti climatici. Non deve, infatti, stupire se anche in Italia, e più in generale in Europa, iniziano a verificarsi eventi atmosferici quasi sconosciuti fino a qualche decennio fa. Secondo l’Agenzia Ambientale Europea (AEA), tra il 1980 e il 2020, i disastri naturali in Europa hanno causato la morte di circa 140 mila persone e danni finanziari per oltre 520 miliardi di euro. In particolare, la quota maggiore delle ripercussioni economiche è stata causata dalle inondazioni (circa il 40%), seguite dalle tempeste di vento (25%), dalla siccità (circa il 10%) e dalle ondate di caldo (circa il 5%). Si stima, inoltre, che solo il 3% di tutti gli eventi estremi sia stato responsabile di circa il 60% delle perdite economiche. I cicloni e gli uragani hanno effetti particolarmente devastanti sugli edifici e sulle infrastrutture. La loro azione distruttiva è dovuta alla combinazione fra i carichi del vento agenti e l’urto di elementi volanti. Questi possono provocare cedimenti nei componenti edilizi, determinando un aumento della pressione interna alla costruzione ed esponendo il contenuto dell'edificio alla pioggia battente. L’involucro, che rappresenta la barriera di protezione più importante contro i fenomeni atmosferici, deve essere, quindi, progettato per resistere a tali azioni estreme. Nonostante l'impatto economico e sociale significativo, gli effetti causati dalle tempeste di vento sono un argomento ancora poco studiato in ambito accademico. Quando un edificio è considerato critico in relazione ad eventi estremi di vento? Come devono essere progettati gli involucri costruiti in Europa e Italia per impedire danni a breve e lungo termine agli edifici e alle attività in essi svolte? La presente tesi intende fornire una risposta a queste domande. Nello specifico, l’elaborato mira a investigare il comportamento dell’involucro edilizio quando soggetto a fenomeni di vento estremo e all’impatto dei detriti che questi eventi trasportano con sé. Questo studio, di tipo teorico, si basa su un’analisi critica della letteratura sviluppata negli ultimi anni sul tema e su osservazione di casi reali. Nell’elaborato, dopo aver introdotto la genesi e le caratteristiche di uragani e cicloni, vengono indagate le variabili che influenzano il problema (contesto climatico, ambiente circostante, tipologia di detriti, ecc.), i danni riscontrabili a seguito di questi eventi meteorologici e le caratteristiche del moto dei detriti volanti. Successivamente, sono presentati i principali standard normativi adottati nel panorama internazionale per la definizione e la realizzazione di test per facciate resistenti agli uragani e ai tornado. Infine, sono illustrate le migliori soluzioni tecniche presenti sul mercato per aumentare la resilienza dell’involucro degli edifici a questi fenomeni. Lo scopo è quello di elaborare una metodologia che consenta al progettista di stabilire il livello di pericolosità del sito e la conseguente necessità di applicare strategie progettuali apposite.