Come fare le verifiche degli elementi non strutturali: alcuni chiarimenti dalla Circolare NTC 2018

Interazione tra struttura ed elementi non-strutturali: NTC 2008 vs Circolare 2018

In caso di sisma, gli elementi non-strutturali rappresentano un potenziale rischio per la popolazione. Essi, infatti, popolano tutti gli edifici: dalla residenza alla grande industria, passando per gli ospedali e per gli edifici pubblici. 

Anche le attuali norme in ambito strutturale (NTC 2018) al paragrafo 7.2.3 specifica che “Per elementi costruttivi non strutturali s’intendono quelli con rigidezza, resistenza e massa tali da influenzare in maniera significativa la risposta strutturale e quelli che, pur non influenzando la risposta strutturale, sono ugualmente significativi ai fini della sicurezza e/o dell’incolumità delle persone.” 

La responsabilità dell’installazione degli elementi non-strutturali

Una novità che è stata introdotta dal D.M. 17/01/2018 riguarda la responsabilità dell’installazione degli elementi non-strutturali. Infatti:

• “quando l’elemento non strutturale è costruito in cantiere, è compito del progettista della struttura individuare la domanda e progettarne la capacità in accordo a formulazioni di comprovata validità ed è compito del direttore dei lavori verificarne la corretta esecuzione”;
• “quando invece l’elemento non strutturale è assemblato in cantiere, è compito del progettista della struttura individuare la domanda, è compito del fornitore e/o dell’installatore fornire elementi e sistemi di collegamento di capacità adeguata ed è compito del direttore dei lavori verificarne il corretto assemblaggio.” 

La suddivisione degli elementi non strutturali

Figura 1 – Suddivisione degli elementi non-strutturali (Kurma e Sharma, 2017) 

Il testo proposto nell’Assemblea del 27/07/2018 per la Circolare esplicativa alle NTC 2018 chiarisce come gli elementi non-strutturali possano essere correttamente suddivisi.

Sostanzialmente essi possono essere suddivisi in:

• elementi con rigidezza, resistenza e massa tali da influenzare in maniera significativa la risposta strutturale;
• elementi che influenzano la risposta strutturale solo attraverso la loro massa, ma sono ugualmente significativi ai fini della sicurezza e/o dell’incolumità delle persone. 

Come già evidenziato in (Casagrande, 2015) e in (Kurma e Sharma, 2017) gli elementi non-strutturali possono essere diversi. Ad esempio del primo gruppo possono far parte i carroponti, scaffalature (Casagrande, 2018) collegate ad elementi strutturali mentre del secondo gruppo possono essere compresi gran parte degli elementi non-strutturali come canalizzazioni, componenti elettrici, serbatoi indipendenti ecc.

Gli elementi non-strutturali possono avere effetti importanti sulla risposta sismica dell’edificio in cui sono installati (Casagrande, 2016-2) soprattutto in ambienti industrializzati (Casagrande, 2016-1). La forte presenza di vetrate, pannelli in vetro e impianti meccanici ed elettrici, ad esempio, può influenzare la risposta anche di edifici con volume importante (Assi et Al., 2016).

Come fare le verifiche degli elementi non strutturali

Alla luce di quanto riportato, quindi, a livello strutturale, risulta di fondamentale importanza:

• valutare gli effetti degli elementi non-strutturali sull’impianto strutturale in progetto;
• progettare e validare gli elementi non-strutturali in modo da proteggere le persone anche durante eventi sismici anche con magnitudo contenuta.

Per la verifica degli elementi non-strutturali le NTC 2018 prescrivono di stimare la domanda sismica in base alla relazione 7.2.1:

Fa=(Sa∙Wa )/qa

Dove Fa indica la forza sismica orizzontale agente al centro di massa dell’elemento in questione, Sa rappresenta l’accelerazione massima definita secondo il paragrafo 3.2.1, Wa è il peso dell’elemento e qa è il fattore di comportamento.

Il testo proposto nella Circolare, però, prevede che la verifica degli elementi non-strutturali deve essere preceduta da una corretta valutazione dell’input sismico.

Questo aspetto è stato ampiamente valutato (Adam e Furtmüller, 2008) dimostrando come la risposta sia influenzata dal comportamento sismico della struttura (Suresh et Al, 2013).

Alla luce delle recenti ricerche scientifiche, il testo proposto nella Circolare chiarisce come il parametro Sa riportato nella relazione 7.2.1, identificativo dello spettro di un dato piano, sia l’inviluppo dei valori assunti da Sa al variare del periodo proprio Ta.

Tenendo conto dell’accelerazione del piano j-esimo la cui formula C7.2.1 rappresenta la formulazione classica, l’accelerazione dell’elemento non-strutturale al piano considerato riferita all’i-esimo modo è la seguente:

In cui R rappresenta il fattore di amplificazione dell’elemento non-strutturale funzione del coefficiente di smorzamento ξa, Ta il periodo dell’elemento non-strutturale e il periodo Ti del modo i-esimo.

Il fattore R è definito come segue:

dove β, che assume un valore 0,40-0,50, è un parametro che tiene conto dell’accoppiamento tra ciascun modo di vibrare della struttura e il modo proprio dell’elemento non strutturale. 

Il testo della Circolare, però, riporta anche alcune formule semplificate. Nel caso, ad esempio, di un edificio a telaio, l’accelerazione massima Sa può essere stimata in funzione del periodo fondamentale di vibrazione della struttura secondo la seguente formulazione:

dove:

a  è l’accelerazione massima al netto dell’accelerazione di gravità (ag/g);
S  coefficiente che tiene conto delle condizioni topografiche e della categoria di sottosuolo (relazione 3.2.3 NTC 2018 e Figura 2)

Figura 2 – Estratto tabella 3.2.IV e 3.2.V NTC 2018

Ta  periodo fondamentale di vibrazione dell’elemento non strutturale;
T1  periodo fondamentale di vibrazione della struttura;
z  quota del baricentro dell’elemento non strutturale misurata dal piano di fondazione;
H  altezza della costruzione misurata dal piano della fondazione;
a,b,ap parametri definiti come di seguito: 

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