La progettazione antisismica degli impianti

Da tempo esiste una profonda conoscenza degli effetti che un terremoto può causare sulle strutture degli edifici e di quali siano le strategie adottabili per ridurre i rischi, mentre non sembra ancora maturata una piena consapevolezza delle soluzioni tecniche che devono essere impiegate per la protezione degli elementi non strutturali.

La progettazione antisismica degli impianti rappresenta infatti una pratica poco diffusa nel nostro paese, peraltro così soggetto a frequenti eventi sismici. Sono infatti rari i casi di edifici, anche di nuova costruzione, in cui questa attività progettuale risulti definita e applicata in modo compiuto. E’ inoltre da sottolineare la scarsa conoscenza della legislazione in materia che, pur essendo in vigore da più di un decennio, quasi mai viene osservata. Eppure in questo periodo, in parallelo all’emanazione di leggi, circolari applicative e norme tecniche, non è certo mancata la pubblicazione di articoli e testi specifici su riviste e manuali tecnici, come pure numerosi sono stati gli incontri organizzati sul tema da parte dei produttori di sistemi antisismici.

La ragione di questa scarsa attenzione è forse da attribuire al fatto che il progetto antisismico degli impianti rappresenta un classico esempio di attività interdisciplinare integrata, in quanto presuppone conoscenze tecniche che vanno oltre il tradizionale know-how dell’impiantista, essendo decisamente più proprie a quelle dello strutturista. Una corretta progettazione può essere quindi garantita soltanto mediante l’acquisizione di nuove competenze e/o attraverso la stretta collaborazione tra queste due figure professionali, il che può avvenire soltanto nell’ambito delle (ancora poche) società di ingegneria integrata oppure delle associazioni tra singoli professionisti.

Un altro ostacolo alla corretta e diffusa applicazione di soluzioni antisismiche è sicuramente costituito dal fatto che ciò richiede in fase di progettazione lo sviluppo di dettagli costruttivi che tradizionalmente non fanno parte del progetto esecutivo, che quindi ancora troppo spesso si limita a contenere indicazioni del tutto generiche.

Last but not least, in un mercato sempre più sensibile alla riduzione di tempi e costi, l’adozione di criteri antisismici comporta maggiori costi sia nella fase di progettazione, che risulta più complessa, sia in quella realizzativa.

Nonostante queste problematiche il progetto antisismico degli impianti deve essere ormai considerato un must, alla stessa stregua di quello antincendio, anche in considerazione della responsabilità civile alla quale i progettisti devono rispondere in caso di inosservanza della normativa.

Questo primo articolo illustra il panorama legislativo e normativo e analizza i principi generali alla base della progettazione antisismica.

I successivi articoli tratteranno invece le soluzioni tecniche disponibili per l’ancoraggio e lo staffaggio di apparecchiature e reti, con una serie di esempi di calcolo.

Perché adottare criteri antisismici?

Per quali motivi a livello internazionale vige da anni l’obbligo di una specifica progettazione antisismica dei cosiddetti elementi non strutturali, quali gli impianti? Essenzialmente per ridurre i rischi relativi a danni alle persone (sicurezza), all’inagibilità delle strutture (funzionalità) e a danni economici (costi).

In primo luogo si deve considerare il pericolo rappresentato dal collasso e dal movimento degli impianti, che in molti casi può diventare la causa di danni anche mortali alle persone.

Inoltre gli impianti hanno in genere un comportamento più fragile delle strutture in cui sono inseriti e quindi subiscono danni maggiori determinando l’inagibilità di molti edifici, anche quando le strutture restano integre. Su scala mondiale, al termine dei più recenti eventi sismici, si è verificato che la maggior parte dei danni coinvolge gli impianti tecnici, mettendo fuori uso servizi essenziali quali impianti elettrici, sistemi antincendio, climatizzazione, per non parlare di reti di adduzione e condotte del gas. Le conseguenze più gravi riguardano edifici strategici, quali ospedali, centri di prima accoglienza e aeroporti, che devono garantire la funzionalità non solo durante il terremoto, ma soprattutto al termine dello stesso, per fornire i servizi assistenziali per la cura dei feriti.

Va infine considerato l’aspetto puramente economico, dato che i danni agli impianti sono quasi sempre più elevati rispetto a quelli alle strutture, in particolare per edifici ad alto contenuto tecnologico, come uffici, hotel e ospedali (figura 1).

Fig. 1 – Ripartizione dei costi per la riparazione degli elementi strutturali e non strutturali e per i beni contenuti per diverse tipologie di edifici (Fonte: Taghavi S., Miranda E. – “Seismic Performance and Loss Assessment of Nonstructural Building Components,” Proceedings of 7th National Conference on Earthquake Engineering, Boston, 2002).

Il primo criterio di un’attenta progettazione consiste nel ridurre alla fonte le possibili criticità. Le tematiche progettuali che devono essere prese in considerazione sono di due tipi. Da una parte bisogna considerare gli aspetti di natura più specificatamente statica, ovvero la resistenza che le installazioni impiantistiche devono offrire all’azione del sisma (forze incidenti non solo verticali) senza collassare. Queste problematiche riguardano le modalità di ancoraggio delle apparecchiature e le verifiche degli staffaggi di sostegno e degli elementi di fissaggio alla struttura dell’edificio delle reti idroniche e aerauliche che devono essere commisurate all’entità delle forze generate dal sisma.

E’ inoltre necessario considerare gli aspetti di flessibilità che le reti impiantistiche devono garantire, dovendo essere in grado di assorbire gli spostamenti differenziali rispetto alla struttura dell’edificio che si verificano in corrispondenza dei giunti sismici.

Il rischio sismico

Il rischio sismico è determinato da una combinazione della pericolosità, della vulnerabilità e dell’esposizione ed è la misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione (natura, qualità e quantità dei beni esposti), ci si può attendere in un dato intervallo di tempo.

La figura 2 mostra la mappa del rischio sismico in Europa, elaborata nell’ambito del progetto europeo SHARE (Seismic Hazard Harmonization in Europe). Essa utilizza una scala di colori dal blu al rosso corrispondenti alla forza sismica determinata in base ai valori di accelerazione di picco al suolo con probabilità superiore al 10% in 50 anni.

Fig. 2 – Mappa del rischio sismico in Europa (progetto SHARE).

Appare evidente come l’attività sismica risulti elevata in Italia, Balcani, Grecia, Romania, Bulgaria, Turchia e Islanda. Sono inoltre presenti elevati livelli di sismicità nelle Alpi, nei Pirenei e nell’area di Lisbona, mentre paesi scandinavi, Gran Bretagna, Germania e Francia tendono ad avere una sismicità relativamente inferiore.

L’Italia è uno dei paesi a maggiore rischio sismico dell’area mediterranea a causa della sua posizione geografica che vede convergere la zolla africana e quella eurasiatica, e che ha provocato i numerosi e intensi eventi sismici che hanno colpito il nostro paese, causando ingenti danni alle strutture edilizie e alle persone. Limitandoci agli ultimi 50 anni, si ricordano i terremoti del Belice (1968), Friuli (1976), Irpinia (1980), Umbria e Marche (1997), l’Aquila (2009), Emilia (2012), per arrivare fino all’ultimo dello scorso anno che ha interessato vaste zone del Centro Italia.

Nella figura 3 è riportata la mappa della classificazione sismica in Italia in base al livello di pericolosità, aggiornata al 2015 e pubblicata dal Dipartimento della protezione civile.  I livelli più elevati si concentrano nella parte centro-meridionale della penisola, lungo la dorsale appenninica, in Calabria e Sicilia, e in alcune aree settentrionali, come l’Emilia, il Friuli e parte del Veneto. Soltanto la Sardegna e l’Alto Adige non sono soggette a eventi sismici.

Fig. 3 – Classificazione sismica del territorio italiano aggiornata al 2015 (Dipartimento delle Protezione Civile).

 

Il quadro normativo europeo

Le norme europee per progettazione strutturale sono note come Eurocodici EN e possono essere adottate ovunque grazie alla possibilità di allegare eventuali documenti nazionali che permettono a ogni stato membro di considerare le proprie differenze geografiche, climatiche e le condizioni specifiche. L’elenco dei parametri determinati a livello nazionale (i cosiddetti NDP, National Determined Parameters) è riportato nella prefazione di ciascuna parte dell’Eurocodice EN.

Dal 2010 l’utilizzo degli Eurocodici è obbligatorio nel settore delle opere pubbliche e, de facto, anche in quello privato.

In totale sono stati pubblicate 10 norme. Le prime due (Eurocodici 0 e 1) riguardano le indicazioni di base per la progettazione e quelle per determinare le azioni di calcolo. Le norme da 3 a 6 sono dedicate ai diversi materiali di costruzione (calcestruzzo, acciaio, miste, legno, muratura). La norma 7 riguarda le problematiche geotecniche mentre la 9 riguarda le strutture in alluminio.

La serie EN 1998 (Eurocodice 8) riguarda specificatamente la resistenza sismica. Questa norma è suddivisa in 6 Parti: la Parte 1 (standard EN 1998-1) si applica alla progettazione di strutture in edifici e opere di ingegneria strutturale nelle zone sismiche ed è suddivisa in 10 sezioni che contengono i requisiti di prestazione fondamentali e i criteri di conformità applicabili.

Le altre parti (da EN 1998-2 a EN 1998-6) contengono i requisiti relativi a particolari tipologie di strutture (quali ponti, silos, torri, fondazioni, ecc.) e alla valutazione e adeguamento degli edifici esistenti.

Il quadro normativo nazionale

Il 20 marzo 2003 è stata emanata l’Ordinanza n. 3274 del Presidente del Consiglio dei Ministri, “Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica”, modificata e integrata con le successive Ordinanze del 2 ottobre 2003 n. 3316 e del 3 maggio 2005 n. 3431.

Con tale Ordinanza per la prima volta è stato introdotto nella nostra normativa l’obbligo di verifica all’azione sismica degli elementi non strutturali, cioè di tutto quanto sta all’interno o in adiacenza degli edifici, in primis gli impianti, il cui danneggiamento possa provocare danni a persone.

Con riferimento alla classificazione della pericolosità sismica in quattro zone (figura 5), soltanto nella zona 4 è lasciata facoltà alle singole regioni di introdurre o meno l’obbligo della progettazione antisismica.

L’allegato 2 dell’Ordinanza “Norme tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici”, disciplina la progettazione e la costruzione di nuovi edifici soggetti ad azioni sismiche, nonché la valutazione della sicurezza e gli interventi di adeguamento e miglioramento sugli edifici esistenti.

Sempre nel 2003 è stato sviluppato per il Servizio Sismico Nazionale il rapporto ATC-51-2 “Recommended U.S.–Italy collaborative guidelines for bracing and anchoring non-structural components in Italian hospitals“, dedicato specificamente allo staffaggio e ancoraggio degli elementi non strutturali negli edifici ospedalieri e pubblicato in California dall’Applied Tecnology Council.

Le NTC 2008

Con il decreto del Ministro delle Infrastrutture e dei Trasporti del 14 gennaio 2008 sono state approvate le “Nuove norme tecniche per le costruzioni”. Tali norme (solitamente indicate come NTC 2008) definiscono le regole da seguire per la progettazione, l’esecuzione e il collaudo delle costruzioni, sia in zona sismica sia in zona a bassa sismicità. Esse definiscono in particolare le prestazioni richieste in termini di requisiti essenziali di resistenza meccanica e stabilità, anche in caso di incendio, e di durabilità; forniscono i criteri generali di sicurezza; precisano le azioni che devono essere utilizzate nel progetto; definiscono le caratteristiche dei materiali e dei prodotti e, più in generale, trattano gli aspetti attinenti alla sicurezza strutturale delle opere.

Per quanto riguarda le indicazioni applicative per l’ottenimento delle prescritte prestazioni, per quanto non espressamente specificato nelle NTC, ci si può riferire a normative di comprovata validità e ad altri documenti tecnici come gli Eurocodici con le relative appendici nazionali, che forniscono un sistematico supporto applicativo delle norme.

Con riferimento alle NTC 2008, il calcolo sismico deve essere eseguito secondo le indicazioni contenute nei capitoli 2, 3 e 7, e Circolare d’applicazione n.617 del 2009. In particolare nei paragrafi 7.2.3 e 7.2.4, vengono descritti i criteri di progettazione di elementi non strutturali e degli impianti.

E’ importante sottolineare che le NTC 2008 derivano dall’Eurocodice 8, il calcolo dell’azione sismica sugli elementi non strutturali presenta infatti la stessa modalità di calcolo in entrambe le norme.

Le linee guida della Protezione Civile

A seguito degli eventi sismici verificati in Abruzzo nel 2009, la presidenza del Consiglio dei Ministri, dipartimento protezione civile, ha emesso le linee guida per la riduzione della vulnerabilità degli elementi non strutturali (arredi e impianti). Il documento contiene un report fotografico dei danni subiti dagli elementi non strutturali, che però non comprende gli impianti di climatizzazione in quanto gli edifici danneggiati fotografati non ne erano evidentemente provvisti.  Al paragrafo 3.2 è tuttavia proposto uno schema di intervento che riguarda proprio il fissaggio a pavimento di un’unità di condizionamento, esempio tratto dal Rapporto ATC-51-2 citato in precedenza, nel quale si affrontano gli interventi sugli elementi non strutturali degli edifici strategici come gli ospedali.

Gli Stati Limite

Il capitolo 2.1 delle NTC 2008 illustra i principi fondamentali e la definizione della terminologia.

Le opere e le componenti strutturali devono essere progettate, eseguite, collaudate e soggette a manutenzione in modo tale da consentirne l’utilizzazione, in forma economicamente sostenibile e con il livello di sicurezza previsto.

La sicurezza e le prestazioni di un’opera o di una parte di essa devono essere valutate in relazione ai cosiddetti “stati limite” che si possono verificare durante la vita nominale. Stato limite è la condizione superata la quale l’opera non soddisfa più le esigenze per le quali è stata progettata.

In particolare le opere e le varie tipologie strutturali devono possedere i seguenti requisiti:

– sicurezza nei confronti di Stati Limite Ultimi (SLU): capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio e dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l’incolumità delle persone ovvero comportare la perdita di beni, ovvero provocare gravi danni ambientali e sociali, ovvero mettere fuori servizio l’opera;

– sicurezza nei confronti di Stati Limite di Esercizio (SLE): capacità di garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio.

Il superamento di uno stato limite ultimo ha carattere irreversibile e si definisce collasso, mentre il superamento di uno stato limite di esercizio può avere carattere reversibile o irreversibile.

Per le opere esistenti è possibile fare riferimento a livelli di sicurezza diversi da quelli delle nuove opere ed è anche possibile considerare solo gli stati limite ultimi.

Nei confronti delle azioni sismiche gli stati limite, sia di esercizio che ultimi, sono individuati riferendosi alle prestazioni della costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali e gli impianti.

In funzione della condizione nella quale la costrizione si viene a trovare a seguito del terremoto gli stati limite di esercizio si dividono in:

– Stato Limite di Operatività (SLO): la costruzione nel suo complesso non deve subire danni e interruzioni d’uso significativi;

– Stato Limite di Danno (SLD): la costruzione nel suo complesso subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali e orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell’interruzione d’uso di parte delle apparecchiature.

Gli stati limite ultimi si dividono invece in:

– Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali e impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;

– Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali e impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali e un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali.

Tra gli Stati Limite di Esercizio rientrano spostamenti e deformazioni che possano compromettere l’efficienza e l’aspetto di elementi non strutturali, impianti, macchinari.

Classi d’uso e periodo di riferimento

Le costruzioni devono essere dotate di un livello di protezione differenziato in funzione del loro scopo e delle conseguenze più o meno gravi di un danneggiamento. Tale fattore amplifica l’intensità dell’azione sismica di progetto rispetto al valore che per essa si assume per costruzioni di importanza ordinaria (azione sismica di riferimento).

Con riferimento alle conseguenze di un’interruzione di operatività o di un eventuale collasso, le costruzioni sono suddivise in 4 classi d’uso in ordine crescente di importanza strategica che, limitatamente all’ambito civile, comprendono:

Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone.

Classe II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per

l’ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali.

Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi.

Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità.

Le azioni sismiche vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento VR che si ricava, per ciascun tipo di costruzione, moltiplicandone la vita nominale VN per il coefficiente d’uso CU:

 

VR = VN ×CU

 

La vita nominale VN è intesa come il numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata. La vita nominale dei diversi tipi di opere deve essere precisata nei documenti di progetto e risulta maggiore di 50 anni per le opere ordinarie e maggiore di 100 anni per le opere di importanza strategica.

Il valore del coefficiente d’uso CU varia in base alla classe d’uso, come mostrato nella tabella 1

 

Tab 1 Coefficiente d’uso CU in base alla classe d’uso.

Classe d’uso I II III IV
Coefficiente Cu 0,7 1 1,5 2

 

La verifica di elementi non strutturali

Gli elementi non strutturali comprendono tamponature esterne, divisori interni, controsoffitti, impianti in genere, e in particolare apparecchiature e componenti (tubazioni, canali). Le strutture di sostegno degli impianti e le opere accessorie che non costituiscono parte della struttura dell’edificio rientrano anch’esse tra gli elementi non strutturali.

Il fattore decisivo per la progettazione e il dimensionamento sismico non è tanto il movimento del suolo (massima accelerazione al suolo ag), ma soprattutto quello dell’edificio o del solaio sul quale l’elemento è installato, ovvero l’accelerazione al piano af, la cui magnitudo e frequenza dipendono dalla struttura dell’edifico attraverso il quale le scosse vengono trasmesse (figura 4).

 

Fig. 4 – Accelerazioni al suolo ed al piano e metodo della forza statica equivalente.

L’edificio agisce da filtro di frequenza, che amplifica le scosse del terremoto nell’area della frequenza naturale dell’edificio. Sull’elemento strutturale stesso agisce anche l’amplificazione dinamica. In questo caso, il fattore decisivo è il comportamento di vibrazione naturale dell’elemento stesso, le sue caratteristiche di smorzamento e la sua capacità di dissipare l’energia attraverso la deformazione plastica.

Le considerazioni precedenti presuppongono processi dinamici relativamente complessi che possono essere misurati mediante simulazioni di calcolo elaborate e costose, che quindi vengono utilizzate per verificare la resistenza sismica di elementi non strutturali soltanto in casi eccezionali.

Di norma gli elementi non strutturali vengono verificati utilizzando il cosiddetto metodo della forza statica equivalente Fa (forza sismica), agente sul centro di gravità dell’elemento, come illustrato nel capitolo 7.2.3 delle NTC 2008.

Questo metodo prende in considerazione non solo le vibrazioni dell’edificio e degli elementi ma anche la capacità dell’elemento di assorbire energia tramite la deformazione (dissipazione di energia) utilizzando alcuni fattori (coefficienti).

Gli effetti dell’azione sismica sono determinati applicando una forza orizzontale Fa definita come:

 

Fa = (Sa Wa)/qa

 

dove:

– Fa è la forza sismica orizzontale agente al centro di massa dell’elemento non strutturale nella direzione più sfavorevole;

– Wa è il peso dell’elemento;

– Sa è l’accelerazione massima, adimensionalizzata rispetto a quella di gravità, che l’elemento strutturale subisce durante il sisma e corrisponde allo stato limite in esame;

– qa è il fattore di struttura dell’elemento.

 

In mancanza di analisi più accurate Sa può essere calcolato nel seguente modo:

dove:

– α è il rapporto tra l’accelerazione massima del terreno ag su sottosuolo tipo A da considerare nello stato limite in esame e l’accelerazione di gravità g;

– S è il coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche;

– Ta è il periodo fondamentale di vibrazione dell’elemento non strutturale;

– T1 è il periodo fondamentale di vibrazione della costruzione nella direzione considerata;

– Z è la quota del baricentro dell’elemento non strutturale misurata a partire dal piano di fondazione;

– H è l’altezza della costruzione misurata a partire dal piano di fondazione.

 

Per gli elementi costruttivi senza funzione strutturale debbono essere adottate soluzioni atte ad evitare collassi fragili e prematuri e la possibile espulsione sotto l’azione della Fa corrispondente allo SLV.

Per ciascuno degli impianti principali, gli elementi strutturali che sostengono e collegano i diversi elementi funzionali costituenti l’impianto tra loro ed alla struttura principale devono avere resistenza sufficiente a sostenere l’azione della Fa corrispondente allo SLV.

Per le costruzioni ricadenti in classe d’uso III e IV si deve verificare che gli spostamenti strutturali o le accelerazioni (a seconda che gli impianti siano più vulnerabili per effetto dei primi o delle seconde) prodotti dalle azioni relative allo SLO non siano tali da produrre interruzioni d’uso degli impianti stessi.

Criteri di progettazione degli impianti

Il capitolo 7.2.4 delle NTC riguarda nello specifico i criteri di progettazione degli impianti. Vanno osservate innanzitutto le prescrizioni dell’Ordinanza che riguardano gli elementi strutturali che sostengono e collegano tra loro e alla struttura principale i diversi elementi funzionali costituenti l’impianto. Essi devono essere progettati seguendo le stesse regole adottate per gli elementi costruttivi senza funzione strutturale.

Ciascun elemento di un impianto che ecceda il 30% del carico permanente totale del solaio su cui è collocato o il 10% del carico permanente totale dell’intera struttura, richiede uno specifico studio.

L’effetto dell’azione sismica sull’impianto, in assenza di determinazioni più precise, può essere valutato considerando una forza (Fa) applicata al baricentro di ciascuno degli elementi funzionali componenti l’impianto, calcolata utilizzando le equazioni illustrate al paragrafo precedente.

Gli eventuali componenti fragili debbono essere progettati per avere resistenza doppia di quella degli eventuali elementi duttili ad essi contigui, ma non superiore a quella richiesta da un’analisi eseguita con fattore di struttura q pari ad 1.

Gli impianti non possono essere vincolati alla costruzione contando sull’effetto dell’attrito, bensì devono essere collegati ad essa con dispositivi di vincolo rigidi o flessibili; i dispositivi di vincolo flessibili sono quelli che hanno periodo di vibrazione T maggiore di 0,1s. Se si adottano questi dispositivi i collegamenti di servizio dell’impianto devono essere flessibili e non possono far parte del meccanismo di vincolo.

La progettazione di staffaggi e ancoraggi deve seguire le stesse regole adottate per gli elementi strutturali degli edifici ed è soggetta a sua volta a verifica.

Particolare attenzione deve essere dedicata agli impianti di distribuzione del gas che, in caso di rotture, possono trasformarsi in fonti di ignizione, alimentazione e propagazione del fuoco. Devono quindi essere limitati al minimo i percorsi interni, privilegiando l’installazione a vista, inguainando ciò che non sia a vista con guaine aerate, ventilando permanentemente i locali ove sia presente gas in distribuzione o di possibile utilizzo. Gli impianti a gas combustibile, dimensionati per un consumo superiore ai 50 m3 /h, devono obbligatoriamente essere dotati di valvole per l’interruzione automatica dell’afflusso in caso di terremoto. I tubi per la fornitura del gas, nel passaggio dal terreno all’edificio, dovranno essere progettati per sopportare senza rotture i massimi spostamenti relativi edificio-terreno dovuti all’azione sismica di progetto.

I corpi illuminanti devono essere dotati di dispositivi di sostegno tali da impedirne il distacco in caso di terremoto; in particolare, se montati su controsoffitti sospesi, devono essere efficacemente ancorati ai sostegni longitudinali e trasversali del controsoffitto e non direttamente ad esso.

Le specifiche progettuali devono identificare e classificare i sistemi che devono rimanere operativi durante e dopo l’evento sismico.

In ordine di importanza, oltre agli impianti di trasporto di fluidi dannosi, vanno considerati quelli con funzioni di protezione antincendio: reti sprinkler, pompe antincendio, pannelli e quadri di comando e controllo, serbatoi di riserva, estintori e sistemi di rimozione ed estrazione del fumo.

Inoltre, è necessario tenere conto dell’alimentazione energetica di emergenza: gruppi elettrogeni, quadri di scambio automatico per funzionamento in isola, trasformatori, illuminazione delle vie di fuga e di emergenza in genere, altri impianti per la protezione delle persone e per la sicurezza (come quelli di supporto agli ambulatori medici).

Tutte le condutture che attraversano i giunti edilizi intorno a strutture isolate devono essere installate a tutela da danneggiamenti, mantenendo la propria funzionalità per i valori di spostamento calcolati. Quelle del gas e di altri impianti pericolosi che attraversano i giunti di separazione devono essere progettate per consentire gli spostamenti relativi della sovrastruttura isolata, con lo stesso livello di sicurezza adottato per il progetto del sistema di isolamento.

La valutazione sismica

Alcune indicazioni aggiuntive relative agli impianti sono riportate nell’Appendice C8A.9 alla Circolare di applicazione, relativa al Capitolo C8 (Costruzioni esistenti).

Mentre ci sono stati notevoli miglioramenti nella risposta dei sistemi strutturali resistenti alle forze laterali, i terremoti hanno continuato a rivelare la poca attenzione prestata all’ancoraggio e al controventamento dei componenti e dei sistemi non strutturali, con conseguenti danni estesi.

Le NTC, ai capitoli 7.2.3 e 7.2.4, contengono prescrizioni esplicite per la progettazione e l’ancoraggio sismico di sistemi e componenti non strutturali. Un obiettivo dell’Appendice consiste nel fornire un aiuto per la comprensione e l’applicazione dei requisiti delle NTC.

La scelta dei componenti non strutturali da sottoporre ad una valutazione sismica si basa sulle seguenti considerazioni:

– la sismicità (identificata dalla Zona Sismica);

– la vulnerabilità sismica del componente;

– l’importanza del componente per la funzionalità nel periodo post-terremoto:

– il costo e il grado di interruzione dei servizi necessari per adeguare o ancorare il componente.

Lo scopo è concentrare le risorse di progettazione e di costruzione sui miglioramenti sismici non strutturali più critici e convenienti da un punto di vista di rapporto costo/benefici.

La tabella 2 riporta la tabella C8A.9.1 contenuta nell’Appendice che illustra alcune raccomandazioni non esaustive per specifici componenti e sistemi non strutturali, per lo più presenti in complessi ospedalieri.

Tab. 2 Raccomandazioni per la valutazione e l’adeguamento di componenti non strutturali esistenti e per l’ancoraggio di componenti non strutturali di nuova installazione al variare della zona sismica (tratta da Circolare Applicazione NTC 2008, Tabella C8A.9.1).



Componente
Vulnerabilità (1) Importanza Costo &

interruzione per l’adeguamento

Valutazione /

adeguamento se

esistenti nelle zone sismiche (2)

Ancoraggi se

nuovi nelle zone sismiche (2,3)

 

GAS PER USO MEDICO

 

Serbatoi ossigeno

 

Alta

 

Alta

 

Basso

 

1, 2, 3

 

1, 2, 3, 4

Bombole Molto alta Alta Molto basso 1, 2, 3, 4 1, 2, 3, 4
 

IMPIANTO ELETTRICO D’ EMERGENZA

 

Batterie di emergenza

Molto alta Alta Molto basso 1, 2, 3, 4 1, 2, 3, 4
Gruppi elettrogeni Alta Alta Basso 1, 2, 3 1, 2, 3, 4
Batterie di alimentazione gruppi elettrogeni

 

Media Alta Molto basso 1, 2, 3 1, 2, 3
COMPONENTI FISSATI AL PAVIMENTO O SUL TETTO (4)
 

Generatori termici

 

Media

 

Medio-alta

 

Basso

 

1, 2

 

1, 2, 3

Quadri elettrici e trasformatori Bassa Alta Medio-basso 1 1, 2, 3
Unità frigorifere e altri carichi vibranti  

Medio-alta

 

Media

 

Medio-basso

 

1, 2

 

1, 2, 3

Serbatoi, torri raffreddamento e altri carichi con rapporto di ribaltamento > 1.6 Alta Media Basso 1, 2 1, 2, 3
Serbatoi e altri carichi con rapporto di ribaltamento 1-1.6 Media Media Basso 1, 2 1, 2, 3
Serbatoi e altri carichi con rapporto di ribaltamento < 1 Media Media Basso 1, 2 1, 2
ASCENSORI
 

Guide dell’ascensore

 

Molto alta

Alta  

Medio-alto

 

1, 2

 

1, 2, 3, 4

Motori e generatori dell’ascensore Medio-alta Alta Medio 1 1, 2, 3
Quadri elettrici dell’ascensore Variabile Alta Basso 1, 2 1, 2, 3
APPARECCHIATURE PER LA COMUNICAZIONE
Computer e monitor Medio-alta Medio-alta Molto basso 1, 2, 3 1, 2, 3, 4
Armadi e quadri per telefonia e call center Alta Alta  

Basso

 

1, 2, 3

 

1, 2, 3, 4

SISTEMI DI DISTRIBUZIONE
 

Tubazioni DN > 200 con staffaggi di lunghezza > 500 mm

 

Media

 

Alta

 

Medio

 

1, 2

 

1, 2, 3

Tubazioni DN > 100 e < 200 con staffaggi di lunghezza > 300 mm Medio-bassa Medio-alta Medio 1, 2
Tubazioni per impianti di riscaldamento, acqua refrigerata Bassa Medio-alta Medio 1
Canali d’aria per ventilazione e condizionamento Bassa Medio-alta Medio 1
Condotti e componenti degli impianti elettrici Bassa Alta Medio 1

Note

(1) La vulnerabilità è quella assunta per alta sismicità.

(2) Le raccomandazioni si basano sulle osservazioni dei danni dei terremoti passati e sull’ipotesi di vulnerabilità, importanza e costi di adeguamento per sistemi tipici.

(3) La colonna “Ancoraggi se nuovi nelle zone” riguarda i componenti o i sistemi di nuova installazione in edifici sia nuovi che esistenti.

(4) Per i componenti fissati sul pavimento o sul tetto il rapporto di ribaltamento è pari hc / xmin, dove hc è l’altezza del baricentro del componente sopra la sua base, e xmin è la distanza orizzontale più breve dal baricentro al bordo della base del componente.

 

La tabella e le raccomandazioni riportate sono tratte dal Rapporto ATC-51-2 citato in precedenza, relativo al controventamento e all’ancoraggio dei componenti non strutturali negli ospedali italiani, e si basano sulle osservazioni dei danni degli ultimi terremoti.

Le raccomandazioni sono fornite sia per le installazioni già esistenti che per quelle nuove. Esse dipendono sia dal tipo di componente o di sistema che dalla zona sismica in cui si trova l’opera.

In generale i sistemi che hanno un’elevata vulnerabilità, una grande importanza, e un basso costo di adeguamento sismico e una limitata interruzione dei servizi necessaria per portare a termine l’adeguamento, sono da considerarsi come candidati per l’adeguamento in tutte le zone sismiche. I sistemi a bassa vulnerabilità o poca importanza, costosi o gravosi da adeguare in termini di interruzione dei servizi dovrebbero essere considerati per l’adeguamento nelle zone 1 e 2.

In generale, fornire protezione sismica ad una nuova installazione rispetto ad una già esistente comporta minori costi aggiuntivi d’interruzione dei servizi. Di conseguenza nella tabella C8A.9.1 sono segnalate tipologie di componenti non strutturali che dovrebbero essere sismicamente ancorati, se installati ex novo, ma sui quali potrebbe non essere conveniente intervenire, nel caso in cui siano già esistenti.

di Luca Stefanutti

 

Bibliografia

ASHRAE, A practical guide to seismic restraint, 2nd edition, 2008.

ASHRAE, Earthquake protection.

Bearzi Vittorio, Manuale degli Impianti di climatizzazione, Capitolo 22, Editore Tecniche Nuove, 2008.

Bo Giorgio, Ramasco Nicolò, La vulnerabilità sismica degli impianti tecnici. Aspetti progettuali e realizzativi. Convegno SAIE 2014.

Cudicio Maurizio, La protezione sismica degli elementi impiantistici, Editore Legislazione tecnica, 2014.

Lama Patrick, Seismic bracing for HVAC equipment, ASHRAE Journal, Luglio 2001.

Manuale Hilti, Installazioni d’impianti resistenti al sisma, Gennaio 2014.

Manuale Fischer, Sistemi e soluzioni per costruire in zona sismica.

Tauby James, Seismic restrain – Preventing damage to HVAC equipment and systems, ASHRAE Journal, Maggio 2011.

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