I recenti terremoti hanno messo in evidenza come gli edifici perdano parte della loro funzionalità a causa dei danni agli elementi non strutturali. Gli investimenti in questo settore sono superiori all’80% del costo totale nella costruzione e le perdite economiche risultano conseguentemente più impattanti rispetto a quelle legate agli elementi strutturali. Inoltre, i danni possono compromettere significativamente l’immediata funzionalità degli edifici e per questo deve essere prestata particolare attenzione nelle strutture strategiche.

Le normative in materia di Ingegneria Sismica suddividono gli elementi non-strutturali in tre categorie: elementi architettonici, contenuti ed impiantistici. I primi sono elementi che completano l’edificio, come ad esempio controsoffitti o tavolati, mentre i secondi sono costituiti dall’arredamento interno. Gli elementi impiantistici sono indispensabili per la funzionalità dell’edificio, in particolare riguardo gli impianti antincendio e di condizionamento. L’azione sismica dinamica agisce anche su questi elementi, pur non essendo parte del sistema portante dell’edificio, e pertanto devono essere progettati per resistere in queste condizioni di progetto.

Le principali problematiche sono riscontrabili sugli elementi di controsoffitto, sugli impianti così come sui contenuti degli edifici. Gli impianti di condizionamento e sprinkler risultano essere particolarmente importanti per il mantenimento della funzionalità, così come le facciate vetrate.

Il metodo “a cascata” degli spettri di piano

Valutare in un unico modello numerico il comportamento delle strutture e degli elementi non strutturali è una sfida molto complessa. Negli ultimi anni la ricerca ha effettuato significativi passi in avanti nell’ambito delle metodologie di analisi in grado di consentire una valutazione della loro interazione.

L’Eurocodice 8 e la normativa italiana propongono la stessa filosofia progettuale per le verifiche degli elementi non strutturali: in caso di crollo tutti gli elementi che potrebbero produrre rischi per le persone o influenzare il comportamento delle strutture principali dell’edificio o la sua funzionalità, devono essere verificati nei confronti dell’azione sismica.

Nonostante sembrerebbe che la relazione fornita dall’Eurocodice 8 possa essere abbastanza accurata in quanto tiene conto del rapporto tra il periodo naturale di vibrazione dell’elemento in esame e il periodo della struttura, alcuni studi hanno dimostrato che errori non trascurabili possono essere commessi nella valutazione delle accelerazioni di progetto (Sullivan et al. 2013).

Per questo sono stati sviluppati dei metodi definiti “a cascata”, basati sugli spettri di piano ed utili per analizzare separatamente le due componenti.

Il metodo basato sugli spettri di piano valuta le accelerazioni registrate in particolari punti della struttura durante un sisma considerando:

• l’effetto “filtro” indotto dalla struttura, funzione del periodo naturale di vibrazione

• il fattore di smorzamento caratteristico dell’elemento non-strutturale

• l’intensità dell’input sismico

Si rendono necessarie delle analisi dinamiche non lineari, per determinare la storia temporale delle accelerazioni del piano in cui l’elemento è installato ed ottenere i relativi spettri.

L’impiego di tali metodologie, nella consueta pratica professionale, può essere un importante punto di partenza per migliorare le performance sismiche e consentire una progettazione più sicura non solo delle strutture ma dell’intero “sistema edificio”.

È possibile scaricare l’articolo completo da “Rischio sismico degli elementi non strutturali: danni osservati e recenti metodologie di valutazione della domanda sismica” rischio-sismico-degli-elementi-non-strutturali-danni-osservati-e-recenti 

Si ringraziano il Prof. André Filiatrault, l’ing. Roberto Nascimbene e l’ing Daniele Perrone per la gentile concessione.