Verifica degli elementi non strutturali

Gli elementi non strutturali (tamponamenti, impianti, ecc.), in genere non sono soggetti a sollecitazioni elevate, ad eccezione del peso proprio; pertanto, in fase di analisi per carichi gravitazionali, non sono oggetto di verifica.

In fase sismica, però, un’eccessiva deformazione della struttura portante potrebbe non essere compatibile con quella ammissibile dagli elementi non strutturali, con conseguente danneggiamento di quest’ultimi.

Riferendosi ai tamponamenti, generalmente realizzati mediante laterizi, l’azione sismica, inoltre, potrebbe portare all’espulsione degli stessi, considerata la loro poca resistenza ad azioni ortogonali al proprio piano.

È necessario, pertanto, non limitarsi alla verifica dei soli elementi che costituiscono la struttura portante, ma preoccuparsi anche della stabilità degli elementi non strutturali, controllando che il loro comportamento sia tale da garantire il livello di sicurezza richiesto alla struttura nella sua globalità.
La stessa normativa pone particolare attenzione alla verifica degli elementi non strutturali, in modo da assicurare che la loro progettazione avvenga correttamente e non si verifichino riduzioni della sicurezza della struttura.
L’NTC 2018 definisce gli elementi costruttivi non strutturali come quegli elementi 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 classificazione avviene pertanto in due gruppi, a seconda se l’elemento sia in grado di modificare o meno il comportamento strutturale; si definiscono, pertanto [Circolare 2019, §C7.2.3]:

• 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.

Oltre alla massa degli elementi, che deve essere sempre opportunamente computata e tenuta in considerazione in fase di analisi globale della struttura, nel primo caso è necessario portare in conto anche la variazione di rigidezza introdotta degli elementi non strutturali, definendone anche la condizione di vincola alla struttura.

La verifica degli elementi non strutturali deve essere condotta confrontando che la loro capacità sia maggiore della domanda relativa allo stato limite da considerare.

Secondo quanto indicato nella Tabella 7.3.3.III delle NTC, le verifiche degli elementi non strutturali devono essere effettuate in termini di Stabilità (STA) allo Stato limite di Salvaguardia della Vita (SLV) per strutture progettate in Classe d’Uso II, III e IV.

La domanda sismica sugli elementi non strutturali può essere determinata applicando loro una forza orizzontale Fa definita mediante la relazione:

dove:

• F_a è la forza sismica orizzontale distribuita o agente nel centro di massa dell’elemento non strutturale, nella direzione più sfavorevole, risultante delle forze distribuite proporzionali alla massa;
• S_a è l’accelerazione massima, adimensionalizzata rispetto a quella di gravità, che l’elemento non strutturale subisce durante il sisma e corrisponde allo stato limite in esame;
• W_a è il peso dell’elemento;
• q_a è il fattore di comportamento dell’elemento.

Come si può notare la Norma consente di ridurre la domanda sismica, mediante uno specifico fattore di comportamento q_a, i cui valori utilizzabili sono riportati nella tabella seguente.

L’accelerazione massima S_a può essere, invece, calcolata secondo la formulazione semplificata proposta dall’ Eurocodice 8 al §4.3.5.2 e riportata anche nelle NTC 2008.

• α, rapporto tra il valore di progetto dell’accelerazione a_g in un terreno di tipo A e l’accelerazione di gravità g;
• S, coefficiente del terreno;
• T_a, periodo di vibrazione fondamentale dell’elemento non-strutturale;
• T₁, periodo di vibrazione fondamentale dell’edificio nella direzione in oggetto;
• z, quota dell’elemento non-strutturale sopra il livello di applicazione dell’azione sismica (fondazione o punto più alto di un basamento rigido);
• H, altezza dell’edificio misurata dalla fondazione o dal punto più alto di un basamento rigido.

Tale formulazione, però, non è più presente nelle NTC in vigore, che invece propongono differenti metodi per il calcolo degli spettri di risposta di piano. Riportiamo di seguito la procedura semplificata per le costruzioni con struttura a telai, presente nelle Circolare Applicativa, che risulta essere quella maggiormente utilizzata nella pratica progettuale.

Si tratta di una formulazione che permette di valutare S_a, in corrispondenza di una quota z significativa per l’elemento non strutturale, che tenga conto sia delle proprietà dinamiche della struttura principale, che dell’elemento secondario.

L’ipotesi alla base è che le accelerazioni strutturali siano linearmente crescenti con l’altezza. Le relazioni che definiscono gli spettri di piano si riferiscono al solo primo modo di vibrare nella direzione di verifica, ritenendo che questo induca la domanda di spostamento più significativa; analogamente, per la verifica si considera solo la prima forma di vibrazione dell’elemento non strutturale, senza combinare le risposte relative ai diversi modi di vibrare.
dove:

• α è il rapporto tra accelerazione massima del terreno a_g su sottosuolo tipo A da considerare nello stato limite in esame e l’accelerazione di gravità g;
• S è il coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche
• T_a è il periodo fondamentale di vibrazione dell’elemento non strutturale;
• T₁ è il periodo fondamentale di vibrazione della costruzione nella direzione considerata;
• z è la quota del baricentro dell’elemento non strutturale misurata a partire dal piano di fondazione;
• H è l’altezza della costruzione misurata a partire dal piano di fondazione;
• a, b, a_p sono parametri definiti in accordo con il periodo fondamentale di vibrazione della costruzione.

Per le strutture con isolamento sismico si assume sempre z = 0.

I parametri a, b e a_p sono tabellati in funzione del periodo proprio della struttura e calibrati per tener conto dell’elongazione del periodo fondamentale, legata alle non linearità del sistema, e del contributo dei modi superiori; tali spettri, infatti, risultano conservativi per un ampio campo di periodi, ed in particolare per gli elementi non strutturali aventi periodo proprio prossimo al periodo fondamentale della costruzione.

Nel prossimo articolo sarà analizzato il comportamento dinamico delle tamponature con particolare attenzione alle metodologie di verifica delle stesse.