Lo staffaggio antisismico degli impianti

L’Italia è uno dei paesi a maggior rischio sismico dell’area mediterranea a causa della sua collocazione geografica. Le aree soggette ad un elevato rischio risultano essere quella alpina, in particolar modo il versante Friulano, e la dorsale appenninica fino a raggiungere la Puglia e alcune zone della Sicilia.

L’Italia è uno dei paesi a maggior rischio sismico dell’area mediterranea a causa della sua collocazione geografica.

Le aree soggette ad un elevato rischio risultano essere quella alpina, in particolar modo il versante Friulano, e la dorsale appenninica fino a raggiungere la Puglia e alcune zone della Sicilia.

In aggiunta alla mappa di pericolosità sismica riportata qui, sono gli avvenimenti catastrofici che hanno colpito il nostro paese negli ultimi anni, che hanno reso necessario un coinvolgimento sempre maggiore delle autorità, degli specialisti del settore e dei produttori stessi, al fine di stilare dei regolamenti volti alla protezione sismica degli edifici con il fine ultimo di salvaguardia della vita umana.

Queste prescrizioni, se in prima battuta riguardavano solo gli elementi principali della costruzione (ovvero le strutture portanti), da qualche anno coprono anche quelli che vengono definiti come elementi non strutturali. Rientrano in questa categoria le tubazioni e linee di distribuzione, i macchinari, le facciate esterne, i controsoffitti e i divisori interni. Tali elementi se dimensionati al solo carico statico non sono in grado di contrastare le azioni aggiuntive generate da un evento sismico.

In Itali il calcolo sismico deve essere realizzato secondo quanto riportato nelle Norme Tecniche per le costruzioni del 2008 (NTC 2008) le quali riportano che: “gli elementi costruttivi senza funzione strutturale il cui danneggiamento può provocare danni a persone, dovranno in generale essere verificati all’azione sismica insieme alle loro connessioni alla struttura.”

Le Norme Tecniche dettano inoltre i parametri per determinare le azioni sismiche da considerare nella valutazione della resistenza al sisma degli impianti e chiedono al progettista e all’installatore di garantire dei requisiti prestazionali ben precisi, una volta definita la forza sismica agente.

Quello che non viene fornito però sono tabelle o formule che permettano di dimensionare in modo univoco i controventi resistenti, lasciando cosi la liberta di procedere con i metodi che più si ritengono efficaci e non individuando quindi, una metodologia di dimensionamento chiara da seguire.

Di conseguenza per quel che riguarda lo staffaggio degli impianti, risulta molto ‘utile’ quanto asserito nel cap. 12 delle Norme Tecniche, ovvero che “possono essere utilizzati anche altri codici internazionali, purché sia dimostrato che garantiscano livelli di sicurezza non inferiori a quelli delle Norme Tecniche”. Questo consente di utilizzare le direttive già in vigore e sperimentate da anni negli Stati Uniti come gli standards di ASHRAE, un’associazione statunitense di progettisti di impianti molto attiva nel campo dell’antisismico.

Un maggior chiarimento in merito, anche per quel che riguarda le responsabilità delle figure coinvolte, dovrebbe arrivare già con le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2016) previste per quest’anno.

Nel frattempo uno strumento molto valido e il documento ATC 51-2, redatto nel 2003 da un gruppo di progettisti americani e italiani per l’elaborazione delle raccomandazioni per il controventamento e l’ancoraggio dei componenti non strutturali negli ospedali italiani (che prende spesso come riferimento le linee guida di ASHRAE), redatto su incarico del Dipartimento della Protezione Civile Italiano – Ufficio Servizio Sismico Nazionale (SSN).

Schematizzato sotto gli attuali riferimenti normativi utili al dimensionamento dello staffaggio di elementi non strutturali in Italia.

Soluzioni progettuali e costruttive

Alcune semplici considerazioni sulle linee di distribuzione permettono, già in fase di progettazione, di limitare i rischi. Si ricorda che nella scelta del criterio di staffaggio più idoneo si deve considerare non solo la resistenza dei componenti, ma anche la loro praticità di posa, la versatilità ad adeguamenti futuri e la facilita di manutenzione.

Si riportano di seguito alcuni suggerimenti generali estrapolati da letteratura tecnica consolidata:

Le forze trasversali innescate dal sisma sono in genere trasferite per spinta del tubo sul collare, mentre quelle longitudinali sono trasferite per attrito fra collare e tubo.
E’ buona norma installare le tubature il più vicino possibile alla struttura portante (negli USA non e obbligatorio l’ancoraggio o il controventamento per i tubi distanti meno di 30 cm dalla struttura portante)
In caso di tubi di diametro > 300mm andrà valutato se le forze agenti consigliano un controventamento non solo agganciato al sostegno del collare, ma anche un controvento supplementare che agisca direttamente sul tubo (l’eventuale saldatura sarà da verificare).
I collari che devono sostenere tubi isolati di solito vengono collegati direttamente sul tubo interrompendo l’isolamento per qualche centimetro.
Quando un tubo attraversa una struttura portante vanno previsti ancoraggi solidali alla struttura o giunti flessibili per evitare che spostamenti differenziali fra i due causino rotture.
Le tubazioni non devono essere staffate a parti diverse dell’edificio che possano subire spostamenti differenti quando sottoposti a sisma (per es. il soffitto ed il muro, travi metalliche e travi in c.a. ecc.).
Verificare che i movimenti dei condotti non staffati sismicamente, non causino urti con altre parti strutturali o non dell’edificio o con altre linee.
Le diramazioni secondarie non devono essere utilizzate per sostenere le linee principali.
I controventamenti sismici non devono limitare le dilatazioni, ne essere utilizzati come punti fissi.

Determinazione della forza sismica e dei fattori che la influenzano

La determinazione della forza sismica segue le direttive ed i parametri descritte all’interno delle NTC del 2008 – paragrafo 7.2.3.

Secondo quanto disposto dalle NTC, esulano da questa trattazione e devono essere verificati con uno studio specifico gli impianti il cui peso supera del 30% il carico permanente totale del solaio o del 10% il carico permanente totale dell’intera struttura.

I restanti elementi secondari che rappresentano la stragrande maggioranza dei sistemi normalmente installati devono essere verificati all’azione sismica secondo quanto riportato sotto.

I fattori interessati nel calcolo sono: l’accelerazione al suolo ag, l’altezza dell’edificio e dell’elemento installato, il peso dell’elemento stesso, nonché il suo modo di comportarsi/vibrare in relazione al movimento dell’edificio durante l’evento sismico.

Le Norme Tecniche prevedono che la progettazione sismica della struttura di supporto dell’elemento non strutturale debba essere eseguita applicando una forza statica equivalente F_a(forza sismica) sul baricentro dell’elemento che stiamo andando a verificare.

Tale Forza Statica Equivalente si determina mediante la seguente formula:

Fa = (Sa x Wa ) /qa

dove:

Wa = peso dell’elemento

qa = fattore di struttura dell’elemento (q_a= 1 per elementi di supporto che si comportano come una mensola libera, mentre q_a=2 per elemento di supporto che si comporta a telaio)

Sa = accelerazione spettrale funzione dell’altezza dell’edificio, della sua frequenza propria, della zona sismica considerata e del tipo di terreno.

con:

α = rapporto fra accelerazione di progetto del terreno e accelerazione di gravita

S = coefficiente del sito, dipendente dal tipo di terreno su cui si costruisce

Z = quota del baricentro dell’elemento non strutturale misurata a partire dal piano di fondazione

H = altezza della costruzione misurata a partire dal piano di fondazione

Ta = periodo fondamentale di vibrazione dell’elemento non strutturale

T1 = periodo fondamentale di vibrazione della costruzione nella direzione considerata