Elementi non strutturali e terremoti

Sommario. I terremoti sono grandi eventi fisici che possono avere effetti devastanti sulle infrastrutture esistenti e la vita umana. Oggi gli ingegneri strutturali sono maggiormente in grado di progettare edifici per resistere ai terremoti e ridurre significativamente la perdita della vita umana e limitare i danni. Purtroppo, i componenti portati, non strutturali, quando vengono installati, non sono sempre presi in considerazione per le conseguenze che possono provocare a causa di un evento sismico. Collegare correttamente i componenti menzionati alla struttura può essere importante tanto quanto progettare correttamente al sisma travi e pilastri. Con il coordinamento dell'ingegnere strutturale, nonché una solida conoscenza delle norme edilizie in vigore, un ingegnere moderno è in grado di progettare un sistema che funzioni correttamente prima, durante e dopo un terremoto.

Nonostante l'incredibile forza del terremoto dell'11 marzo in Giappone, che aveva una magnitudo di 8.9 ed è stato seguito da centinaia di scosse di assestamento, la maggior parte degli edifici della nazione nipponica e le infrastrutture principali riportano pochi danni strutturali. La maggior parte dei danni alle strutture sono stati provocati invece dallo tsunami e non dal terremoto.

Tuttavia, vi sono stati ingenti danni ai componenti non strutturali ed ai sistemi. Ciò è dovuto in parte alle norme giapponesi, che si sono più rigorose per la progettazione sismica di strutture rispetto all’Italia, ma in genere non disciplinano la progettazione sismica di sistemi e componenti non strutturali (ricordate il controsoffitto dell’aeroporto in Giappone durante il sisma?).

La maggior parte delle persone pensa che i terremoti possono causare i danni maggiori ad edifici, ponti ed altre tipologie di strutture, mentre sono proprio le distorsioni e le deformazioni provocate da quest’ultimi a mandare in crisi gli impianti meccanici, elettrici, causando guasti ai sistemi idraulici ed altri impianti, e spesso vengono sottovalutati o addirittura trascurati. La popolazione ha paura dei terremoti perché può essere ferita dalla caduta di elementi strutturali, quali pilastri o travi o addirittura facciate in mattoni, interi solai o finestre. Ma per quanto riguarda i corpi illuminanti, le unità sui tetti (tipo le unità di condizionamento), tubazioni, serbatoi di stoccaggio, controsoffitti, canalizzazioni? Questi componenti non strutturali possono ferire ed uccidere le persone, quando i loro supporti o ancoraggi cedono, ed incidono, alle volte, molto di più di quanto possa fare un cedimento o fallimento strutturale.

E' raro che i sistemi non strutturali siano sottoposti ad ispezione da parte di organismi di regolamentazione o da professionisti del design.

L'obiettivo numero uno di una norma di progettazione è di proteggere le persone. La norma maggiormente diffusa negli Stati Uniti è l'International Building Code (IBC), oggi praticamente recepita anche dagli Eurocodici strutturali in Europa e dalla nostra normativa nazionale italiana con le NTC 2008, prevede, anche se lo scopo principale è la salvaguardia contro i grandi cedimenti strutturali e la perdita della vita, che i danni conseguenti ad evento sismico dovrebbero essere limitati e la funzionalità dell'edificio deve essere mantenuta (si vedano gli stati limite di danno e di funzionalità).

Servizi essenziali come ospedali, stazioni di polizia e del vigili del fuoco, centrali elettriche (es. atomiche), o impianti di trattamento dell'acqua sono esempi di categorie di livello più elevato, richiedono un livello superiore di analisi, progettazione, e di dettaglio, e l’immediata occupazione o l'uso continuato dopo un terremoto e possono richiedere il funzionamento continuativo delle componenti di sistemi di sicurezza di salvaguardia della vita, quali sistemi a sprinkler antincendio e impianti elettrici essenziali.

Per determinare il livello di analisi, progettazione, e dettagli che saranno necessari per le componenti strutturali, architettonici, l'ingegnere strutturale dovrà conoscere la categoria sismica di progettazione. Questo calcolo tiene conto della posizione della costruzione, la categoria di importanza della costruzione e le caratteristiche del suolo del sito.

Negli USA, l'International Code Council (ICC) Servizio di valutazione ha pubblicato delle relazioni di valutazione per gli ancoraggi che sono stati sismicamente qualificati. Se un dispositivo viene installato tramite tasselli non qualificati, i funzionari dell’edificio possono richiedere la rimozione e la sostituzione con ancoraggi adeguatamente qualificati.

L'IBC identifica un gruppo ristretto di sistemi come antisismici. Questi sistemi disegnati per la sismica fanno si che le attrezzature ed i loro supporti devono rimanere operativi anche dopo un terremoto di progetto al fine di tutelare la sicurezza degli occupanti dell'edificio. Ciò include i sistemi di emergenza, i sistemi di illuminazione, antincendio, di scarico e di fumo associati a percorsi di uscita d'emergenza. In aggiunta ai requisiti per il montaggio di questi sistemi sulla struttura primaria, il regolamento edilizio richiede la dimostrazione, da parte del fornitore, che l'attrezzatura di fatto opererà anche dopo aver sperimentato l’azione sismica.

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