Vulnerabilità sismica degli impianti antincendio

PREMESSA

Gli eventi tellurici sia recenti che passati hanno evidenziato che i danni registrati dai componenti non strutturali quali gli impianti antincendio hanno determinato problemi anche nel caso di danni lievi alle strutture comportando l’interruzione della protezione antincendio stessa o fughe di gas. Tale problematica è particolarmente sentita nel caso di infrastrutture e di edifici strategici in cui le funzioni essenziali devono essere verificate senza interruzione nel post-sisma per cui è necessaria una adeguata protezione sismica degli impianti antincendio per garantire il mantenimento della loro efficienza. Simultaneamente occorre garantire idonei livelli prestazionali ai fini della sicurezza sia per le vie di fuga (nessun ostacolo in caso di collassamento) che per gli impianti di adduzione del gas (nessuna perdita) e specularmente gli impianti antincendio non devono, per effetto del sisma, attivarsi in assenza di fuoco causando condizioni di inutilizzazione degli edifici o porzione di essi per allagamento. Occorre, pertanto, ridurre la vulnerabilità sismica dell’impiantistica antincendio con metodologie derivate dall’analisi di normative e tecnologie adottate anche all’estero in particolare attingendo da quella americana particolarmente avanzata in tale specifico ed importante settore.

LA VULNERABILITÀ DEGLI ELEMENTI NON STRUTTURALI E DEGLI IMPIANTI

In funzione della vulnerabilità sismica gli elementi e i sistemi non strutturali non partecipano alla capacità di risposta e sono caratterizzati da un comportamento fragile e da deformazioni che la struttura trasmette ad essi amplificate rispetto a quelle del terreno su cui essa è fondata.
Le norme tecniche per le costruzioni prendono in considerazione entrambi gli aspetti di vulnerabilità di elementi non strutturali ed impianti attraverso l’introduzione, oltre agli stati limite ultimi, di due stati limite di esercizio: lo stato limite di operatività (SLO) e lo stato limite di danno (SLD). Il primo richiede che la costruzione nel suo complesso non subisca danni o interruzioni d’uso importanti mentre il secondo impone che la costruzione non subisca danni tali da mettere a rischio gli utenti e che resti funzionante pur nell’interruzione d’uso di parte delle apparecchiature.
In sostanza la struttura deve assicurare una rigidezza tale da limitare lo spostamento relativo tra i vari ordini al di sotto dello 0.5% dell’altezza di interpiano per le strutture in conglomerato cementizio armato o in carpenteria metallica. Ancora, la norma prevede che gli impianti soddisfino la condizione di SLO se la deformabilità della struttura è pari ai 2/3 del precedente valore. Tali limitazioni richiedono analoghe prestazioni per le parti non strutturali come gli impianti che devono essere idonei a deformarsi con coerentemente con gli effetti deformativi delle parti strutturali se le tubazioni risultano solidali con la struttura, le pareti d’ambito e quelle di partizione. Particolare attenzione occorre avere per l’impiantistica antincendio in edifici esistenti che deve vedere una approfondita valutazione della specifica vulnerabilità soprattutto nel caso di edifici con destinazioni d’uso strategiche.
Se il sisma che colpì San Francisco nel 1906 è considerato quello storico, nell’ambito dell’analisi che si sta conducendo, con il 90% dei danni registrati causati dagli incendi che si innescarono si può affermare che ai nostri giorni la problematica persiste confermando il forte nesso causale tra terremoto e incendi nel quale la vulnerabilità sismica degli impianti gioca un ruolo determinante. A titolo di esempio per il terremoto di Northridge del 1994 la maggior parte dei danni rilevati ha interessato differenziate componenti impiantistiche tra le quali quelle antincendio. La causa principale è la chiusura del cosiddetto “triangolo del fuoco” che vede l’innesco provocato proprio dai danni provocati dall’azione tagliante aggravata dalla condizione che in funzione del terremoto si possono verificare scenari d’incendio non valutati in ambito progettuale. E’ opportuno segnalare come ai fattori precedentemente indicati si aggiunge la possibilità di perdita delle compartimentazioni antincendio che aggrava di fatto la diffusione delle fiamme che, in funzione del contesto urbanistico può anche modificarsi in incendio di interfaccia coinvolgendo edifici contigui. Un sisma può in definitiva essere, allo stesso tempo, causa sia delle condizioni che innescano un incendio sia di compromettere la funzionalità dei sistemi di protezione all’incendio stesso. Si può affermare, inoltre, che i danni alla componente impiantistica antincendio non sono legati alla crisi della struttura ma agli effetti deformativi non congruenti tra le due parti e che possono vedere l’integrità della struttura accompagnata da danneggiamenti alle tubazioni con conseguenti allagamenti e la mancata protezione di tipo passivo dall’incendio innescato. Stante tale situazione, in funzione delle statistiche ricavate da diversificati incendi si può affermare che le principali cause di danneggiamento degli impianti a seguito di sisma sono riferibili a danni provocati per schiacciamento o deformazione per cedimenti del terreno di posa in opera delle fondazioni con particolare riguardo per l’afflusso dell’acqua per i sistemi di spegnimento; si sono inoltre rilevate rotture alle montanti idriche per eccessivi fenomeni di sfalsamento di piani successivi con conseguente rottura delle staffe di fissaggio e sfilamento dei fermi di collegamento dei ganci alla struttura a cui erano connessi. In molti casi, poi, si è rilevata la rottura delle testine degli sprinkler per il martellamento di pareti contigue. Particolare la situazione di danno per tubazioni sospese che per l’eccessivo oscillamento hanno indotto al deterioramento dei punti di ancoraggio provocando il crollo parziale o totale delle tubazioni.
I metodi di progettazione tesi alla eliminazione o alla riduzione di criticità legate ai giunti sismici che richiedono la valutazione della risposta degli impianti e dei sistemi in caso di terremoto sono catalogabili in tre tipologie:

- criticità relative al tipo di lay-out distributivo;
- criticità relative alle modalità di installazione dei componenti;
- criticità relative alle interazioni negative con altri elementi strutturali e non strutturali.

In particolare, i giunti sismici sono punti negativi per il posizionamento delle tubazioni degli impianti. Un secondo criterio di progettazione antisismica tende a ridurre le vulnerabilità dei dispositivi di vincolo verificando che gli elementi di ancoraggio non vengano sottoposti a sforzi di rottura sotto l’azione sismica e che gli spostamenti e le deformazioni possibili siano congruenti con le tensioni prodotte durante l’azione tellurica. In particolare occorre attenzione a giunzioni, giunti, spazi liberi di oscillazione o movimento, controventature. Altra buona norma è quella di non sistemare macchinari ed impianti particolarmente pesanti ai livelli più alti dell’edificio tenendo conto degli ancoraggi, delle connessioni e delle interferenze.
Ai fini della progettazione antisismica degli impianti tecnologici la normativa americana risulta essere particolarmente avanzata nel settore specifico considerando tre aspetti nella progettazione degli ancoraggi dei componenti:

- collegamento impianto-sistema di ancoraggio;
- sistema di ancoraggio;
- collegamento ancoraggio-struttura.
 
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