1. INTRODUZIONE

L’Italia è uno dei paesi a maggiore rischio sismico nel Mediterraneo, in quanto risiede nella zona di convergenza tra due zolle, quella Africana e quella Euroasiatica. La pericolosità sismica è maggiore nella zona centro-meridionale della nazione, lungo la dorsale appenninica, in Calabria e in Sicilia e in alcune zone settentrionali della Penisola. Il rischio, sull’intero suolo nazionale è molto alto in quanto numerosi centri urbani abitati nascono in zone a rischio sismico medio-alto.

I dati registrati a seguito degli ultimi eventi, hanno evidenziato come, anche con terremoti a medio-bassa intensità, i danni subiti sono comunque significativi. Tali aspetti hanno confermato l’esigenza di una valutazione più ampia del comportamento degli edifici e di tutti gli elementi interni.

È fondamentale ricordare che, gli studi sui probabili dissesti provocati dalle azioni sismiche sulle strutture, sono obbligatori anche in zone a bassa sismicità come descritto nelle normative tecniche vigenti [1]. Potenzialmente i terremoti che provocano gravi danni sulle costruzioni nelle zone appena citate, hanno una frequenza di occorrenza bassa. Una prima classificazione della pericolosità sismica che contraddistingue il territorio italiano ha visto la definizione di quattro zone sismiche, definite in base all’intensità attesa del sisma. Sulla base di questa classificazione del rischio sismico sono state poi emanate le prime normative in materia di progettazione sismica. Una delle principali normative sismiche è rappresentata dall’ Ordinanza del Presidente del Consiglio dei ministri n. 3274 del 20 marzo 2003, pubblicata nella Gazzetta Ufficiale n. 105 dell’8 maggio 2003 [2].

La capacità di quantificare il rischio sismico associato a elementi strutturali e non strutturali è un aspetto cruciale dell'ingegneria sismica. Sebbene siano stati studiati metodi per migliorare la comprensione della risposta strutturale alle scosse sismiche e per quantificare il loro rischio, gli elementi non strutturali sono recentemente emersi come un aspetto fondamentale da affrontare, data la loro rilevanza nella prestazione complessiva dell'edificio e nelle problematiche legate alle perdite [3].

In questo articolo, si vuole definire l’importanza dei supporti antisismici per gli elementi non strutturali (impianti sospesi, controsoffitti e tutto ciò che non è considerato strutturale), anche in zone ritenute a bassa sismicità. Se la risposta in termini di capacità sismica di questi componenti, non risulta essere adeguata, il rischio di incorrere in gravi effetti secondari è molto alto. Gli elementi non strutturali possono essere responsabili di gravi danni durante un terremoto, come per esempio:

• Danni agli stessi elementi non strutturali​
• Incendi ed esplosioni​
• Inquinamento e rilascio di sostanze velenose​
• Ostruzione delle vie di fuga​
• Lesioni dovute alla caduta e allo spostamento di elementi​
• Interruzione dell'attività
• Produzione interrotta​
• Perdite economiche dovute al ripristino
• Perdite di vite umane

Sulla base delle considerazioni descritte, il presente lavoro fornisce uno studio dei supporti antisismici con un particolare focus sulle variabili che compromettono o influenzano la risposta dei supporti, anche in zone a bassa sismicità. I risultati ottenuti, dimostrano come i supporti progettati per le sole azioni statiche, non sempre bastano a garantire un’adeguata risposta dei sostegni in caso di terremoto, nonostante siano localizzati in zone con frequenza di accadimento del sisma più bassa.

2. DIFFERENZA TRA SUPPORTO STATICO E SUPPORTO ANTISISMICO

I supporti statici per il sostegno degli impianti sono progettati per sostenere esclusivamente il peso gravitazionale dell’elemento. Un esempio potrebbe essere quello ideato per una tubazione sospesa mediante barra filettate come mostrato in figura:

Figura 1.1: Supporto statico per tubazione singola

Questa tipologia di staffaggio, consente la posa in opera della tubazione ed impedisce la deflessione di quest’ultima su lunghe tratte. Si deve sottolineare però, che la progettazione di questo tipologico, valuta esclusivamente il carico verticale agente dovuto al peso del tubo moltiplicato per l’interasse di posa del supporto. Non è quindi detto che riesca a sorreggere anche le azioni orizzontali date dal sisma.

I supporti adeguati, in grado di garantire l’assorbimento delle azioni sismiche invece, sono generalmente rappresentati come nelle figure successive (valutando le condizioni al contorno dovute al peso dell’impianto e all’azione sismica):

Figura 1.2: Supporto sismico longitudinale

Figura 1.3: Supporto sismico trasversale

Le barre filettate oblique, disposte generalmente con inclinazione pari a 45° sia trasversalmente che longitudinalmente, sono capaci di assorbire le azioni sismiche in entrambe le direzioni.

La progettazione degli staffaggi antisismici dipende in realtà da diversi fattori principali, come descritto nell’articolo intitolato Comprendere il Comportamento Sismico di Strutture ed Elementi ...

Oltre alle caratteristiche geometriche e di massa, i fattori che influenzano la risposta degli elementi non strutturali in caso di terremoto sono:

• Intensità e frequenza del Sisma
• Altezza di installazione nell‘edificio (Elementi non strutturali uguali tra loro si comportano in modo diverso a seconda del piano in cui sono installati)
• Periodo di oscillazione della struttura T1
• Periodo fondamentale dell’elemento non strutturale Ta (in modo da scongiurare l’effetto di risonanza uguagliando Ta e T1, evitando così l’aumento delle oscillazioni)

In fase di progettazione, la domanda sismica sugli elementi non strutturali viene valutata secondo una formulazione semplificata, che considera l’accelerazione con sviluppo lineare lungo l’altezza, calcolandone quindi una forza orizzontale che dipende dall’accelerazione massima, dalla massa e dal fattore di comportamento dell’elemento.

Mediante il nostro software di progettazione, inoltre, si ha la possibilità di calcolare il periodo fondamentale del supporto nella zona sismica d’interesse, andando così a non sovrastimare la rigidezza e/o resistenza dello staffaggio.

In passato, infatti, a vantaggio di sicurezza, si considerava l’uguaglianza tra i due periodi (Ta=T1), quindi supponendo l’accadimento del fenomeno di risonanza. Questo processo, oramai superato, comporta delle progettazioni spesso sovrastimate in termini di costi e resistenza, come ampiamente descritto nell’articolo  “Che impatto ha il Ta su i sistemi di supporto”. Oggigiorno è possibile ottimizzare i costi e, indirettamente, anche i tempi di installazione, eseguendo un design attento e personalizzato, effettuando un’analisi modale di ogni singolo supporto progettato, permettendo di valutare i modi di vibrare della staffa al fine di ottenere risultati più precisi e più attinenti alla realtà.

Questi tipologici antisismici, sostituiti ad alcuni tipologici statici, garantiscono la resistenza sia statica che sismica dell’intero sviluppo della tubazione presa d’esempio.

3. L’MPORTANZA DEI SUPPORTI ANTISISMICI

Come visto nel paragrafo precedente, i supporti statici sono progettati considerando solo i carichi verticali, mentre la progettazione dei supporti sismici risulta essere più complessa e completa.

Si potrebbe tuttavia pensare che nelle zone a bassa sismicità (che ricordiamo essere zone in cui la frequenza del sisma è dilungata, ma comunque esistente) non sia necessaria l’installazione dei supporti antisismici. Come riportato in precedenza, la progettazione antisismica è infatti prevista dalla normativa vigente [1], indipendentemente dal grado di sismicità della località dove sono installate.

In caso di valori di accelerazione sismica bassa, inoltre, si potrebbe erroneamente assumere che le azioni sismiche vengono assorbite direttamente dal tipologico statico.

Riprendendo l’esempio del tipologico statico del paragrafo precedente (collare e barra filettata), si analizzeranno di seguito differenti casistiche in cui è possibile far assorbire ad esso le azioni orizzontali dovute al sisma. Questo però dipende da diversi fattori:

• Lunghezza delle barre filettate
• Diametro
• Parametri sismici (altezza dell’elemento non strutturale, accelerazione sismica ecc)
• Tipologia di struttura

Supponendo di eseguire una progettazione con i medesimi parametri sismici, di seguito saranno riportati i risultati per due differenti lunghezze della barre filettata verticale.

Tabella 3.1: Dati di input per la progettazione sismica


Esempio 1: lunghezza barra 0,3 m
Tabella 3.2: Carichi in combinazione sismica – Esempio 1

Considerando i parametri soprariportati, le barre filettate non sono in grado di resistere ai carichi sismici puntuali generati dalla sospensione della tubazione. In particolare, non risultano soddisfatte le verifiche tensionali secondo normativa [1], come riportato nella tabella seguente. 

Tabella 3.3: Verifica tensionale barra filettata – Esempio 1

Pertanto, tale supporto non è in grado di resistere alle zioni sismiche a cui è soggetto.

Esempio 2: lunghezza barra 0,1 m
Tabella 3.4: Carichi in combinazione sismica – Esempio 2

Tabella 3.5: Verifica tensionale barra filettata – Esempio 2

Riducendo invece la lunghezza della barra filettata si evince come la verifica tensionale sia inferiore ai limiti di normativa. In questo specifico caso, il supporto costituito dalla sola barra filettata verticale è dunque in grado di resistere anche alle azioni sismiche. Concludendo quindi, un tipologico statico senza controventi, può avere la funzione di supporto sismico solo se vengono rispettate determinate condizioni.

4. CONCLUSIONI

Come descritto nei paragrafi precedenti, gli staffaggi antisismici risultano essere obbligatori anche in zone a bassa sismicità. La progettazione sismica per gli elementi non strutturali è infatti sempre necessaria a prescindere dalla zona sismica in cui si trova l’edificio, come prescritto dalla normativa vigente [1]. Progettare ed installare gli staffaggi antisismici per gli elementi non strutturali in un edificio, incrementa la sicurezza dei suoi occupanti oltre a ridurre i danni a cose ed oggetti in caso di sisma.

I supporti sismici sono generalmente progettati mediante l’utilizzo di controventatura per l’assorbimento delle azioni orizzontali. Tuttavia, in zone a bassa sismicità il tipologico statico senza controventi, potrebbe potenzialmente assumere funzioni antisismiche, come dimostato nel presente articolo. Per accertarsi di questo, è necessaria comunque una progettazione antisismica del supporto.

REFERENZE

[1] Consiglio dei ministri “Norme tecniche per le Costruzioni” (Decreto ministeriale 17 Gennaio 2018)
[2]. Ordinanza P.c.m n. 3274 del 20 marzo 2003- Gazzetta Ufficiale n. 105 (2003)
[3]. O’Reilly, G.J., Calvi, G.M. A seismic risk classification framework for non-structural elements. Bull Earthquake Eng 19, 5471–5494 (2021). https://doi.org/10.1007/s10518-021-01177-y.