Perché è necessario verificare sismicamente le facciate ventilate?
Le facciate ventilate sono elementi non strutturali che possono minacciare l’incolumità e/o la sicurezza delle persone. Pertanto, secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 (NTC 2018, al paragrafo §7.2.3 [1]) è obbligatorio verificare che la loro capacità sia maggiore della domanda sismica.

Cosa prendere in considerazione per questa verifica?
Come evidenziato nel nostro articolo precedente, le facciate ventilate necessitano un’accurata progettazione. La valutazione della domanda sismica deve:

• Tenere in conto le accelerazioni;
• Considerare gli spostamenti di interpiano;
• Evitare il martellamento.

e prendere in considerazione le due direzioni, in piano e fuori piano (Fig. 1).
Una volta create le combinazioni di carico e analizzato la struttura. si procede alle verifiche sia di capacità degli elementi sia del rispetto delle condizioni al contorno come, ad esempio, limiti di spostamento.

L’obiettivo di questo articolo è proprio esaminare nel dettaglio come deve essere eseguita la valutazione della domanda sismica. Pertanto, andiamo ad approfondire le tre componenti indicate sopra.

Figura 1. Immagine e sezione di facciata ventilata con nomenclatura elementi e definizione delle direzioni delle azioni in piano e fuori piano della facciata.

ACCELERAZIONI

Perché prendere in considerazione gli effetti delle accelerazioni in piano e fuori piano.
A volte nelle norme si sottolinea la necessità di verificare l’effetto della azione sismica considerandone l’accelerazione nella direzione più sfavorevole [2].
Sembra evidente che l’azione sismica sia dominante nella direzione nel piano della facciata (vedi Fig. 1). Tuttavia, non è semplice intuire quale azione, tra sismica ed eolica, sia dominante specialmente nella direzione fuori dal piano.
Pertanto, la valutazione di entrambe le componenti della azione sismica è cruciale. Queste componenti andranno poi combinate con gli effetti dello spostamento di interpiano ed eventuali condizioni al contorno. Solo dopo aver eseguito questa analisi si saprà quale azione è quella che governa il progetto in una certa direzione.

Come prendere in considerazione gli effetti delle accelerazioni
Gli effetti delle accelerazioni sismiche sono valutabili facendo riferimento a ciò indicato nelle NTC [1] e/o nell’ Eurocodice 8 [2] (EC8). In particolare, queste norme suggeriscono di applicare una forza all’elemento non strutturale pari a (annotazione EC8 [2]):

In cui:

• Fa è la forza sismica orizzontale agente nel centro di massa dell’elemento;
• Wa è il peso dell’elemento;
• γ è il fattore di importanza dell’elemento;
• q è il fattore di comportamento (≤ 2 [2]);
• Sa è il coefficiente sismico da applicare all’elemento.

Per quest’ultimo fattore, Sa, esistono diverse formulazioni che sono più o meno facili da utilizzare e solitamente ci si appoggia alla formulazione semplificata dell’EC8 [2].
Il fattore di comportamento q va adottato conoscendo la capacità della sottostruttura di assorbire energia, osservando i limiti normativi e tenendo a mente eventuali limiti degli spostamenti. Risulta pertanto rilevante valutare sperimentalmente la capacità di assorbire energia da parte della sottostruttura e, in presenza di limiti di spostamento, analizzare accuratamente quale di valore di q adottare.

Figura 2. Schema semplificato ed esagerato di edificio a telaio multipiano deformato dalla azione sismica. Si comprende come la struttura impone spostamenti alla facciata ventilata. 

SPOSTAMENTI DI INTERPIANO

Perché prendere in considerazione l’effetto degli spostamenti di interpiano.
Qualsiasi edificio subisce degli spostamenti a causa dell’azione sismica. Questi possono essere definiti come spostamento di interpiano.
Grazie a simulazioni numeriche abbiamo verificato che le sollecitazioni dovute allo spostamento di interpiano possono essere dello stesso ordine di grandezza delle sollecitazioni causate dall’accelerazioni sismiche.
Pertanto, non solo Hilti ma anche la letteratura scientifica [3], dimostra che esistono elementi non strutturali sensibili sia alle accelerazioni sia agli spostamenti.
Entrambi gli effetti devono quindi essere presi in considerazione per un corretto dimensionamento della facciata sismica.

Come prendere in considerazione l’effetto dello spostamento di interpiano.
Nel nostro metodo prendiamo in considerazione gli spostamenti della struttura imponendo traslazioni ai punti di ancoraggio della sottostruttura per entrambe le direzioni (in piano e furi piano). Risulta quindi importante conoscere lo spostamento di interpiano dell’edificio oppure appoggiarsi a documenti di comprovata validità per una stima adeguata. In seguito, per verificare che non avvenga il martellamento, si dovrà creare una appropriata combinazione delle azioni e lavorare con un accurato modello numerico.

MARTELLAMENTO

Cosa si intende per martellamento in una facciata
Esistono spazi (gap) tra porzioni diverse delle facciate (per esempio negli spigoli) che possono chiudersi durante il sisma perché sono spazi tra due porzioni indipendenti della facciata ventilata. Solitamente si individuano questi gap in spigoli dell’edificio, porte e finestre (Fig. 3) ma non sono tutti i possibili casi.
Queste due porzioni di facciata potrebbero collidere tra loro durante il sisma ed è proprio questa collisione che definiamo martellamento.

Figura 3. Esempio di giunto tra porzioni indipendenti di facciata. Questo, a causa della azione sismica, può chiudersi dando vita al martellamento.

Perché prendere in considerazione il rischio del martellamento
Esiste la possibilità concreta che durante il sisma insorga il martellamento. Questo potrebbe portare alla rottura dei pannelli oppure della sottostruttura e, di conseguenza, a cadute dall’alto di porzioni di facciata.
 
Come evitare il martellamento
Il martellamento non entra in modo diretto nella domanda sismica ma, indirettamente, pone vincoli nella verifica e potrebbe porre vincoli nella definizione dell’azione sismica stessa.
Se esiste il rischio del martellamento bisogna verificare quale spostamento massimo si può raggiungere (che dovrà essere inferiore al gap). Verificata la duttilità sviluppabile dalla sottostruttura per questo spostamento, si valuta il fattore di comportamento (q) e successivamente la forza sismica agente sulla facciata.
Una volta verificato che la capacità degli elementi non è superata, si prosegue controllando che gli spostamenti della facciata ventilata siano inferiori al gap. Se il martellamento non è evitato (spostamenti > gap) si deve lavorare sulla rigidezza della sottostruttura e ricominciare daccapo con tutte le verifiche ed eventualmente rivalutare la domanda (possibili variazioni di Sa e q).

CONCLUSIONI

In questo articolo abbiamo evidenziato quali sono i fattori da considerare per una corretta valutazione della domanda sismica e perché questi sono cruciali. Abbiamo inoltre mostrato come evitare rischi di sottodimensionamento della facciata ventilata rispetto alla domanda sismica. Riassumendo, tra le cose più importanti da ricordare mettiamo in evidenza che:

• La progettazione deve prendere la considerazione tre fattori principali: accelerazioni, spostamenti di interpiano e martellamento;
• È importante valutare l’azione sismica in entrambe le direzioni orizzontali;
• Bisogna prestare attenzione ai valori adottati per il coefficiente sismico (Sa) e, in particolar modo, per il fattore di comportamento (q). 

Bibliografia
[1] Ministero delle infrastrutture e dei Trasporti, “Decreto Ministeriale 17 Gennaio 2018 C.S.LL.PP. Aggiornamento delle «Norme tecniche per le costruzioni»” 2018.
[2] EN 1998-1: Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings
[3] G. Di Nunzio, O. Al-Mansouri, G. Muciaccia, A. Gabs. In-plane behaviour of lightweight façade systems installed in masonry and concrete under simulated seismic loading. Journal of Building Engineering, Volume 63, Part A, 2023, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105442