Analizziamo in questo articolo il primo capitolo di parametri utili alla progettazione di un impianto resistente al sisma di un impianto tecnologico, riguardante la costruzione ospitante.

Tali parametri caratterizzeranno il fabbricato da un punto di vista geometrico e tecnologico, oltre che in base alla destinazione d’uso e al suo comportamento sotto azioni sismiche; successivamente osserveremo come una parte di questi dati saranno di stretta competenza del progettista strutturale, mentre altri saranno subito desumibili dai primi per mezzo di formule e tabelle sperimentali.

Vediamo uno ad uno tutti questi parametri, spiegandone il significato :

1. Tipologia strutturale della costruzione (tip.c) :

struttura portante del fabbricato che distinguiamo tra telaio in calcestruzzo, telaio in acciaio o altra tipologia.

1. Altezza costruzione (H) :

altezza della costruzione misurata a partire dal piano di fondazione, come mostrato in figura:

1. Vita nominale (V_N) :

numero di anni durante i quali la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve essere usata per lo scopo al quale è destinata; in altre parole per vita nominale si intende la durata per la quale deve farsi espresso riferimento in sede progettuale, con riferimento alla durabilità delle costruzioni, nel dimensionare le strutture ed i particolari costruttivi, nella scelta dei materiali e delle eventuali applicazioni e delle misure per garantire il mantenimento della resistenza e della funzionalità. Nelle previsioni progettuali dunque, se le condizioni ambientali e d’uso sono rimaste nei limiti previsti, non prima della fine di detto periodo saranno necessari interventi di manutenzione straordinaria per ripristinare le capacità di durata della costruzione.

L’effettiva durata della costruzione non è valutabile in sede progettuale, venendo a dipendere da eventi futuri fuori dal controllo del progettista strutturale. Di fatto, la grande maggioranza delle costruzioni ha avuto ed ha, anche attraverso successivi interventi di ripristino manutentivo, una durata effettiva molto maggiore della vita nominale quantificata nelle NTC.

Inoltre, ai sensi e per gli effetti del Decreto del Capo Dipartimento della Protezione Civile n. 3685 del 21 ottobre 2003 il carattere strategico di un’opera o la sua rilevanza per le conseguenze di un eventuale collasso, sono definiti dalla classe d’uso, e pertanto la vita nominale varia in funzione di questa come evidenziato nella seguente tabella:

1. Classe d’uso (Cl_U):

in presenza di azioni sismiche, con riferimento alle conseguenze di una interruzione di operatività o di un eventuale collasso, le costruzioni sono suddivise in classi d’uso così definite:

Per quanto riguarda le classi d’uso III e IV, definizioni più dettagliate son contenute nel Decreto del Capo del Dipartimento della Protezione Civile n.3685 del 21 ottobre 2003 (G.U. n.252 del 29 ottobre 2003) con il quale sono stati, fra l’atro, definiti, per quanto di competenza statale, gli edifici di interesse strategico e le opere infrastrutturali la cui funzionalità durante gli eventi sismici assume rilievo fondamentale per le finalità di protezione civile (quindi compresi nella classe IV in quanto costruzioni con importanti funzioni pubbliche o strategiche, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità); ancora il predetto decreto, sempre nell’ambito di competenza statale, ha definito gli edifici e le opere che possono assumere rilevanza in relazione alle conseguenze di un eventuale collasso ( e, quindi, comprese nella classe III, in quanto costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi).

A titolo di esempio, in classe III ricadono scuole, teatri, musei, in quanto edifici soggetti ad affollamento e con la presenza contemporanea di comunità di dimensioni significative.

Per edifici il cui collasso può determinare danni significativi al patrimonio storico, artistico e culturale (quali ad esempio musei, biblioteche, chiese) vale quanto riportato nella “Direttiva del Presidente del Consiglio dei Ministri per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle Norme Tecniche per le Costruzioni” del 12.10.2007 e ss.mm.ii.

1. Livello di sicurezza atteso (Ls):

sicurezza e prestazioni attese in relazione agli stati limite che si possono verificare durante la vita nominale su definita (Stati Limite Ultimi SLU, Stati Limite di esercizio SLE).

SLU: a) perdita di equilibrio della struttura o di una sua parte; b) spostamenti o deformazioni eccessive; c) raggiungimento della massima capacità di resistenza di parti di strutture, collegamenti, fondazioni; d) raggiungimento della massima capacità di resistenza della struttura nel suo insieme; e) raggiungimento di meccanismi di collasso nei terreni; f) rottura di membrature e collegamenti per fatica; g) rottura di membrature e collegamenti per altri effetti dipendenti dal tempo; h) instabilità di parti della struttura o del suo insieme.

SLE: a) danneggiamenti locali (ad es. eccessiva fessurazione del calcestruzzo) che possano ridurre la durabilità della struttura, la sua efficienza o il suo aspetto;  b) spostamenti e deformazioni che possano limitare l’uso della costruzione, la sua efficienza e il suo aspetto; c) spostamenti e deformazioni che possano compromettere l’efficienza e l’aspetto di elementi non strutturali, impianti, macchinari; d) vibrazioni che possano compromettere l’uso della costruzione; e) danni per fatica che possano compromettere la durabilità; f) corrosione e/o eccessivo degrado dei materiali in funzione dell’ambiente di esposizione.

Come ben si può notare, questa serie di parametri sono noti al progettista strutturale della costruzione ospitante l’impianto, in quanto stabiliti da questo durante la fase progettuale della costruzione. Una volta venuti in possesso di tali informazioni, possiamo determinare autonomamente altri parametri della costruzione a noi utili per la progettazione antisismica degli impianti, quali:

1. Modo di vibrare principale nella direzione in esame della costruzione (T1) :

la causa determinante la vibrazione di un edificio può essere il sisma, il vento, l’urto, il carico applicato o tolto non staticamente, lo scoscendimento subitaneo della fondazione, il funzionamento di una macchina non equilibrata, il carico viaggiante, ecc.., o combinazioni di questi; pertanto si può capire come sia molto complesso stabilire questo parametro per la molteplicità di informazioni coinvolte. Di qui l’esigenza di utilizzare formule semplificate che ci permettano di stimare tale valore in maniera veloce rimanendo sempre in condizioni di sicurezza.

Consideriamo la formula menzionata dalla NTC 2008 valida per edifici civili e industriali che non superino i 40m di altezza, che abbiano una massa approssimativamente distribuita lungo l’altezza oltre che una regolarità in altezza:

T1=C1 x H^3/4    con  T1 espresso in secondi

C1=0,085 per intelaiature in acciaio , C1=0,075 per intelaiature in c.a. e C1=0,050 per qualsiasi atra struttura,

H = altezza fabbricato espressa in metri

1. Coefficiente d’uso (C_U) :

il valore di tale coefficiente è definito in base alla classe d’uso e varia da un valore di 0,7 a un valore di 2,0 in funzione della Classe d’uso, come mostrato nella tabelle seguente:

1. Periodo di riferimento (VR) :

periodo nel quale vengono valutate le azioni sismiche sulla costruzione, stimabile tramite la relazione VR = VN x CU; tale valore riveste una notevole importanza in quanto, assumendo che la legge di ricorrenza dell’azione sismica sia un processo Poissoniano, è utilizzato per valutare, fissata la probabilità di superamento Pvr corrispondente allo stato limite considerato, il periodo di ritorno T_R dell’azione sismica cui fare riferimento per le verifiche.

Per assicurare alle costruzioni un livello di sicurezza antisismica minimo le NTC impongono, se V_R?35 anni, di assumere comunque V_R=35 anni; gli intervalli di valori di V_R (espressi in anni) cui fare effettivo riferimento al variare di V_N e C_U sono riportati nella successiva tabella:

1. Probabilità di superamento (Pvr): probabilità di superamento nel periodo di riferimento stabilità al variare dello stato limite considerato, pertanto Pvr=81% per SLE/SLO, Pvr=63% per SLE/SLD, Pvr=10% per SLU/SLV, Pvr=5% per SLU/SLC. Qualora la protezione nei confronti degli stati limite di esercizio sia di prioritaria importanza, i valori di Pvr stabiliti, devono essere ridotti in funzione del grado di protezione che si vuol raggiungere.

1. Periodo di ritorno (T_R) :

tempo medio di attesa tra il verificarsi di due eventi sismici; tale dato va interpretato come la probabilità nel verificarsi di un evento calamitoso quale quello del sisma.

Tale valore è noto per mezzo della relazione:

ottenendo per i vari stati limite, le espressioni di T_R in funzione di V_R riportate nella seguente tabella:

Importante da osservare come questo parametro possa caratterizzare la destinazione d’uso del fabbricato e quindi il livello di prestazione come mostrato negli schemi di seguito riportati.

In altre parole la prestazione desiderata è giusto che cresca (pochi danni) per terremoti molto probabili (quelli che possono venire varie volte durante la vita della struttura e sono poco intensi) o per una struttura importante o un uso strategico, come ad esempio un ospedale o una centrale nucleare; di converso si accetteranno più danni per terremoti poco probabili (quelli che possono venire una volta durante la vita della struttura e sono più intensi) o per costruzioni meno importanti o usi meno strategici. Quindi una costruzione soffrirà danni maggiori, se soggetta a un terremoto meno frequente (dunque più severo), ma la stessa costruzione, per il medesimo terremoto, dovrà subire meno danni se destinata a un uso strategico.

Concludiamo dicendo che noti i parametri della costruzione ospitante reperiti dal progettista strutturale e noti quelli determinati autonomamente dai primi, abbiamo esaurito tutte le informazioni relative al primo gruppo di parametri per il dimensionamento degli elementi necessaria alla progettazione di un impianto resistente al sisma.

Seguirà l’esamina degli altri gruppi di parametri negli articoli successivi, riguardanti la pericolosità sismica del sito, il sottosuolo e topografia del sito e la condotta, per poi determinare la domanda sismica con la quale dimensionare gli elementi resistenti al sisma, quali controventi trasversali e longitudinali.