Sismica: valutazione delle prestazioni di elementi non strutturali attraverso verifiche sperimentali e numeriche

Comportamento e rischio sismico

Gli eventi sismici degli ultimi anni hanno evidenziato in maniera evidente l’importanza di una progettazione e verifica sismica anche per gli elementi non strutturali (Perrone et al., 2019). Infatti, il comportamento sismico e il danneggiamento degli elementi non strutturali, quali ad esempio gli elementi architettonici, gli impianti o i contenuti degli edifici, possono condizionare fortemente il rischio sismico associato agli edifici (O’Reilly and Calvi, 2021). In particolare, il danneggiamento degli elementi non strutturali può ridurre significativamente la prestazione sismica dell’intero edificio rendendolo inagibile e non garantendo un’adeguata sicurezza dell’ambiente di vita quotidiano, causando ingenti perdite economiche e, in alcuni casi, mettendo a repentaglio la vita umana. Ciò è ancora più rilevante se si considerano strutture strategiche, alle quali è richiesto dalle norme di essere operative a seguito di eventi sismici relativamente frequenti.

La definizione del comportamento sismico degli elementi non strutturali rappresenta un aspetto significativo della progettazione e negli ultimi anni ha fatto registrare una crescente attenzione, rivolta principalmente alla valutazione sperimentale delle performance sismiche di tali elementi. Recentemente si è anche verificata una significativa evoluzione dei codici normativi che afferiscono agli elementi non strutturali.

Sebbene le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) del 2008 (Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, 2008) riportassero una formulazione per valutare la domanda sismica agente sugli elementi non strutturali, è l’aggiornamento del 2018 delle NTC (Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, 2018) che richiede esplicitamente la valutazione delle condizioni di sicurezza per gli elementi non strutturali, assegnando anche precise responsabilità relative a tale valutazione. A livello regionale, la Campania rappresenta sicuramente un riferimento nazionale rispetto alla sensibilità sul tema degli elementi non strutturali. Infatti, con riferimento alla “Circolare n° 04 - Sentenza della Corte Costituzionale n.264/2019, art.93 DPR.380/01, art.17 L.64/74” (Regione Campania, 2022), viene raccomandato l’obbligo di denunciare “ai sensi dell’art.93 del D.P.R. 380/01 (art.17 L.64/74) – «tutte le costruzioni la cui sicurezza possa comunque interessare la pubblica incolumità» (cfr. art.83 del D.P.R. 380/01), incluse le opere non strutturali e quelle impiantistiche”.

Quindi, a livello normativo, il progetto e la valutazione sismica degli elementi non strutturali assumono finalmente un livello di importanza confrontabile al caso delle parti strutturali, cosa già ampiamente verificatasi nell’ambito della ricerca scientifica internazionale. Chiaramente, dal punto di vista normativo, metodologico e sperimentale, il problema sismico degli elementi non strutturali è ancora in fase di sviluppo, se confrontato con quanto disponibile per le strutture, ed è richiesto uno sforzo importante agli addetti ai lavori.

Le NTC 2018 definiscono i criteri di valutazione e specificano le responsabilità delle diverse figure rispetto alla tipologia degli elementi non strutturali. In particolare, vengono fornite delle formulazioni per il calcolo della domanda sismica (Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, 2019), mentre, per la valutazione della capacità sismica, si rimanda a metodi o formulazioni di comprovata validità. In accordo alla letteratura e ai codici internazionali di riferimento (American Society of Civil Engineers, 2017; Zito et al., 2022b), i metodi sperimentali possono ritenersi generalmente più affidabili, anche perché i metodi alternativi, ad esempio, metodi analitici o numerici, devono essere validati prima di poter essere ritenuti affidabili, anche rispetto agli specifici elementi non strutturali di interesse.

La valutazione della capacità degli elementi non strutturali mediante metodi sperimentali deve essere condotta in accordo a protocolli di prova ritenuti affidabili, e ciò è particolarmente stringente se il fine della valutazione è più ampio e generalizzato di una semplice valutazione, ovvero, al fine di qualificare sismicamente o certificare l’elemento non strutturale (Gatscher and Littler, 2008; Perrone (Gatscher and Littler, 2008; Perrone et al., 2019; Zito et al., 2022b)et al., 2019; Zito et al., 2022b).

Rispetto agli elementi non strutturali sensibili alle accelerazioni, esistono due tipologie di protocolli di prova per valutazione, qualificazione e certificazione. La prima tipologia è relativa a elementi generici, e include i protocolli probabilmente più utilizzati a livello internazionale, ovvero l’AC156 (International Code Council Evaluation Service (ICC(International Code Council Evaluation Service (ICC--ES), 2020)ES), 2020) e il e il FEMA 461 (Federal Emergency Management Agency (FEMA), (Federal Emergency Management Agency (FEMA), 2007)2007). 

La seconda tipologia è finalizzata ad elementi non strutturali specifici, e, ad esempio, include l’IEEE 344 (Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2013), per elementi di stazioni nucleari, e il GR-63 (Network Infrastructure and Operations, 2006), per elementi di sistemi di telecomunicazioni. Campagne di sperimentazione su varie tipologie di elementi non strutturali, condotte in accordo a protocolli di riferimento, permetterebbero di definire le capacità sismiche, consentendo ai progettisti di selezionare gli elementi da installare in un edificio in funzione della tipologia strutturale e delle prestazioni richieste.

Recentemente, un gruppo di ricerca del Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura (DIST), ha sviluppato un nuovo protocollo di prova (Zito et al., 2022a), ispirato alla formulazione semplificata della domanda sismica riportata dalle NTC 2018 (Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, 2019), precedentemente sviluppata in (Petrone et al., 2015). Tale protocollo è stato applicato nell’ambito delle attività di sperimentazione condotte dal Distretto STRESS del progetto di ricerca CADS- Creazione di un Ambiente Domestico Sicuro, per la valutazione delle prestazioni sismiche di un sistema di tubazioni antincendio e relativi sostegni, connesso alla struttura mediante un innovativo dispositivo di isolamento antisismico brevettato dalla Tecnosistem spa, socio del Distretto.

Il progetto CADS. Sperimentazione e validazione di tecnologie

CADS- Creazione di un Ambiente Domestico Sicuro è un progetto di ricerca finanziato nell’ambito dell’Avviso del Ministero Istruzione, Università e Ricerca “Ricerca Industriale e Sviluppo Sperimentale nelle 12 aree di specializzazione individuate dal PNR 2015 – 2020” - Area di Specializzazione “Tecnologie per gli Ambienti di Vita”.

Il progetto CADS sviluppa procedure standardizzate di progettazione, sviluppo, monitoraggio e certificazione di elementi non strutturali intelligenti e tecnologicamente avanzati che siano in grado di rispondere a situazioni estreme garantendo la sicurezza degli ambienti domestici mediante l’utilizzo della domotica e del building automation.

L’ambizioso progetto, inclusivo di una fitta campagna di sperimentazione, ha richiesto un ampio partenariato al fine di garantire un significativo ventaglio di conoscenze ed esperienze, funzionali al raggiungimento dei prodotti attesi. Capofila del progetto è la fondazione EUCENTRE, ed i partner del progetto, distribuiti sull’intero territorio nazionale, sono università e centri di ricerca, quali l’Università degli studi di Enna “Kore”, lo IUSS, i distretti tecnologici STRESS scarl e Dhitech, ma anche importanti realtà imprenditoriali come ETA, La tecnica nel vetro, Biotecnomed, SIB case mobili ed Edil vetro.

Il partner STRESS scarl ha coinvolto per le proprie attività i soggetti attuatori Università degli Studi di Napoli Federico II, Università degli Studi del Sannio-Benevento, Università del Molise, e le imprese consorziate Sea Costruzioni srl, Tecnosistem spa, Brancaccio Costruzioni spa, Consorzio TRE ed Arethusa srl, realizzando una significativa campagna sperimentale, in sito ed in laboratorio, relativa a diversi componenti non strutturali quali ad esempio vetrate, tompagni ed impianti.

Il presente articolo descrive in dettaglio le attività relative alla sperimentazione coordinata dal partner STRESS scarl, appena conclusasi, presso il laboratorio prove del Dipartimento di Strutture per l'Ingegneria e l'Architettura (DIST) dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, che ha visto la validazione di un innovativo sistema di isolamento antisismico progettato e brevettato dalla Tecnosistem spa per elementi non strutturali, applicato ad un prototipo di sistema antincendio realizzato da Sea Costruzioni, utilizzando il nuovo protocollo di valutazione e qualificazione/certificazione sismica, sviluppato in accordo alle NTC 2018 (Zito et al., 2022a).

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Nel pdf è presente:

• Prova quasi-statica a taglio del dispositivo di isolamento
• Prove su tavola vibrante
• Protocollo di prova
• Risultati preliminari