Verifiche elementi non strutturali: passo fondamentale per la sicurezza sismica

Verifiche elementi non strutturali: passo fondamentale per la sicurezza sismica

Verifiche elementi non strutturali

Nel complesso percorso computazionale finalizzato alla determinazione dell’indice di vulnerabilità sismica di un edificio esistente rientrano anche le verifiche elementi non strutturali, quali tegole, comignoli, cornicioni, tamponamenti, controsoffitti, tubazioni, impianti, mobilio ecc…, la cui caduta può mettere a rischio la vita delle persone in caso di scossa sismica.

Il paradosso, a volte ricorrente, si trova quando le verifiche di vulnerabilità sismica sono positive per le strutture portanti, a cui è demandato l’onere di salvaguardare la vita delle persone all’interno dell’edificio sfruttando la duttilità della struttura, ma sussistono potenziali pericoli dalla caduta di controsoffitti o sfondellamento dei solai, dal ribaltamento di librerie non vincolate alle pareti, dal ribaltamento di tramezzi interni, dalla caduta di comignoli o coppi sulla strada.

Tutti collassi di natura fragile e pertanto molto pericolosa per l’incolumità delle persone. Così come, a seguito dei sopralluoghi di agibilità post-sisma (schede Aedes), accade spesso che l’edificio sia dichiarato inagibile senza danneggiamenti significativi agli elementi portanti, ma in presenza di potenziali rischi derivanti da tamponamenti interni in fase di distacco, caduta di coppi, sfondellamento dei solai ecc… A questi si aggiungono i rischi derivanti dagli impianti, in particolare per edifici strategici (ospedali, caserme, industrie importanti) per i quali occorrerebbe certificare la continuità dell’esercizio anche dopo la scossa di terremoto.

Le ultime Norme Tecniche per le Costruzioni hanno sottolineato la necessità di verificare anche i rischi legati ai cosiddetti elementi secondari, che durante la scossa di terremoto possono creare situazioni di pericolo anche se non strutturali, ma dotati di masse significative per l’incolumità delle persone.

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Verifiche elementi non strutturali secondo le NTC 2018

Al par. 7.2.3 le attuali Norme Tecniche per le Costruzioni NTC 2018 parlano dei criteri di progettazione di elementi strutturali secondari, ed elementi costruttivi non strutturali.

Riguardo i primi «[…] La rigidezza e la resistenza alle azioni orizzontali di tali elementi possono essere trascurate. Tali elementi sono progettati per resistere ai soli carichi verticali e per seguire gli spostamenti della struttura senza perdere capacità portante […]».

Riguardo i secondi le NTC2018 intendono «[…] Per elementi costruttivi non strutturali […] quelli con rigidezza, resistenza e massa tali da influenzare in maniera significativa la risposta strutturale e quelli che, pur non influenzando la risposta strutturale, sono ugualmente significativi ai fini della sicurezza e/o dell’incolumità delle persone […]».

La capacità degli elementi secondari e non strutturali, compresi gli elementi portanti che li sostengono, deve essere maggiore della domanda sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite da considerare. In particolare gli elementi secondari e i loro collegamenti devono essere progettati e dotati di dettagli costruttivi per sostenere i carichi gravitazionali, quando soggetti a spostamenti causati dalla più sfavorevole delle condizioni sismiche di progetto allo SLC (stato limite di collasso).

La domanda sismica può essere determinata applicando loro una forza orizzontale Fa così definita (7.2.1):

Fa  = (Sa Wa) / qa

dove:

  • Fa è la forza sismica orizzontale, applicata nel baricentro dell’elemento nella direzione più sfavorevole, proporziale alle masse;
  • Sa è l’accelerazione massima, frazione dell’accelerazione di gravità, che l’elemento subisce corrispondente allo stato limite analizzato;
  • Wa è il peso dell’elemento;
  • qa è il fattore di comportamento dell’elemento, riferendosi alla tabella C7.2.1 della Circolare 21/01/2019.

In merito alla determinazione dell’accelerazione Sa, le NTC 2018 rimandano a documenti di comprovata validità. E’ possibile fare riferimento all’Eurocodice 8, oppure a quanto suggerito dalle precedenti NTC 2008 con la seguente formula (7.2.2):
verifiche elementi non strutturalidove:

  • α è il rapporto tra l’accelerazione massima del terreno ag su sottosuolo tipo A da considerare nello stato limite in esame (§ 3.2.1) e l’accelerazione di gravità g;
  • S è il coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche (§ 3.2.3.2.1);
  • Ta è il periodo fondamentale dell’elemento non strutturale;
  • T1  è il periodo fondamentale della costruzione nella direzione considerata;
  • Z  è la quota del baricentro del pannello rispetto al piano delle fondazioni;
  • è l’altezza dell’edificio rispetto al piano delle fondazioni.

Circa le verifiche elementi non strutturali, le NTC 2018 hanno introdotto una interessante distinzione tra gli elementi non strutturali costruiti interamente in cantiere, per i quali «[…] è compito del progettista della struttura individuare la domanda e progettarne la capacità in accordo a formulazioni di comprovata validità ed è compito del direttore dei lavori verificarne la corretta esecuzione […]», e quelli assemblati in cantiere, per i quali «[…] è compito del progettista della struttura individuare la domanda, è compito del fornitore e/o dell’installatore fornire elementi e sistemi di collegamento di capacità adeguata ed è compito del direttore dei lavori verificarne il corretto assemblaggio

Le norme tecniche impongono altresì un’attenzione particolare anche per la sicurezza sismica degli impianti, specificando che «[…] della progettazione antisismica degli impianti è responsabile il produttore, della progettazione antisismica degli elementi di alimentazione e collegamento è responsabile l’installatore, della progettazione antisismica degli orizzontamenti, delle tamponature e dei tramezzi a cui si ancorano gli impianti è responsabile il progettista strutturale. La capacità dei diversi elementi funzionali costituenti l’impianto, compresi gli elementi strutturali che li sostengono e collegano, tra loro e alla struttura principale, deve essere maggiore della domanda sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite da considerare (v. § 7.3.6). È compito del progettista della struttura individuare la domanda, mentre è compito del fornitore e/o dell’installatore fornire impianti e sistemi di collegamento di capacità adeguata […]»

La domanda sismica agente per la presenza di un impianto sul pannello di tamponatura o di tramezzatura a cui l’impianto è appeso può essere assimilata ad un carico uniformemente distribuito di intensità 2Fa/S, dove Fa è la forza di competenza di ciascuno degli elementi funzionali componenti l’impianto applicata al baricentro dell’elemento e calcolata utilizzando l’equazione (7.2.1) e S è la superficie del pannello di tamponatura o di tramezzatura. Tale carico distribuito deve intendersi agente sia ortogonalmente sia tangenzialmente al piano medio del pannello.

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Verifiche elementi non strutturali e buone pratiche per la messa in sicurezza 

Il filo conduttore per garantire la sicurezza sismica di tutti gli elementi non strutturali sono i collegamenti con le strutture portanti. Essi possono essere diversificati in funzione della tipologia di elemento.

Possiamo ricordare, a titolo di esempio:

  • un maggior irrigidimento dei comignoli mediante incamiciatura con rete metallica flessibile e controventi collegati alla copertura;
  • controventamento dei controsoffitti (la cui struttura portante sia resa maggiormente solidale ai travetti del solaio), minimizzandone lo spostamento orizzontale al fine di impedire la caduta dei pannelli, e rendendo autoportanti i corpi illuminanti ad essi collegati;
  • consolidamento e miglior collegamento dei cornicioni;
  • ancoraggio dei parapetti e delle pareti in cartongesso con reti metalliche o in fibra di vetro (coperte con successivo intonaco) opportunamente collegate alle strutture portanti;
  • rivestire con pellicole protettive i vetri di grosse superfici vetrate, in modo da evitare la frantumazione in caso di caduta;
  • incrementare il numero dei dispositivi di ancoraggio dei coppi di copertura;
  • fissare alle pareti gli armadi e il mobilio di grosse dimensioni;
  • proteggere con elementi metallici con funzione di “parapetto” la merce degli scaffali dei supermercati.

Riguardo gli impianti, essi non possono essere vincolati alla costruzione contando sull’effetto dell’attrito, bensì devono essere collegati ad essa con dispositivi di vincolo rigidi o flessibili.

Come sempre accade in ambito sismico, spesso la sicurezza deriva da semplici dettagli costruttivi che migliorino i collegamenti e limitino gli spostamenti: ciò vale sia per gli elementi portanti dell’edificio, sia per quelli non strutturali.

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