Elementi costruttivi non strutturali negli edifici in C.A. in zona sismica: cosa cambia con le NTC 2018?

Christian Pierini - Ingegnere libero professionista 28/08/2018 6283

Facendo seguito all’approfondimento tecnico redatto dal sottoscritto e pubblicato in data 13/10/2016, nel periodo subito successivo al terremoto di Amatrice, con la presente si intende fare il punto della situazione normativa per ciò che concerne gli elementi costruttivi cosiddetti “non strutturali”, alla luce della recente uscita delle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 17/01/2018. Come già sottolineato nel precedente articolo, la corretta progettazione degli elementi “non strutturali”, tra cui le tamponature esterne ed i divisori interni di edifici in c.a., riveste un ruolo di primaria importanza nell’adeguata risposta del fabbricato all’azione sismica. Infatti i suddetti elementi, se non progettati correttamente, possono generare collassi fragili e prematuri, tali da ridurre significativamente la sicurezza delle persone.

espulsione-tamponature.JPG
                                      (a)                                                                        (b)
Figura 1 – Esempio di espulsione delle tamponature esterne (a) e dei divisori interni (b) in un edificio in c.a.

In Figura 1 sono riportate due immagini di danneggiamento, rispettivamente delle tamponature esterne e dei divisori interni in fabbricati in c.a. a seguito del terremoto dell’Aquila del 2009, entrambi progettati senza presidi atti ad evitare il ribaltamento degli elementi a seguito del sisma. Come si osserva, seppure l’impianto strutturale “principale” abbia resistito all’azione sismica, gli elementi “non strutturali” hanno subito un collasso fragile e prematuro, con espulsione fuori dal piano degli stessi. Appare evidente quindi l’importanza di una corretta progettazione degli elementi non strutturali nei confronti degli Stati Limite di riferimento, a seconda del livello prestazionale richiesto.

A tal fine, si procederà nel seguito ad un’analisi di come il nuovo D.M. 17/01/2018 affronta tali aspetti, ponendo a confronto le nuove norme con l’oramai superato D.M. 14/01/2008.

CONFRONTO TRA NTC 2008 E NTC 2018

Le NTC 2008 trattano l’argomento degli elementi non strutturali al § 7.2.3 per ciò che concerne i “criteri di progettazione”, al § 7.3.6.3 per quel che riguarda le “verifiche” e indirettamente al § 7.3.7.2 con riferimento alle “verifiche degli elementi strutturali in termini di contenimento del danno agli elementi non strutturali”.
Le NTC 2018 invece, trattano l’argomento degli elementi non strutturali, sempre al § 7.2.3 per ciò che concerne i “criteri di progettazione”, al § 7.3.6 e 7.3.6.2 per quel che riguarda le “verifiche di stabilità (STA)” e indirettamente al § 7.3.6.1 con riferimento alle “verifiche di rigidezza (RIG) degli elementi strutturali”.

CRITERI DI PROGETTAZIONE DEGLI ELEMENTI NON STRUTTURALI

I “criteri di progettazione degli elementi non strutturali”, secondo il § 7.2.3 delle NTC 2008, prescrivono che, “con l’esclusione dei soli tamponamenti interni di spessore non superiore a 100 mm, gli elementi costruttivi senza funzione strutturale, il cui danneggiamento può provocare danni a persone, devono essere verificati, insieme alle loro connessioni alla struttura, per l’azione sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite considerati.

Gli effetti dell’azione sismica sugli elementi costruttivi senza funzione strutturale possono essere determinati applicando a tali elementi una forza orizzontale Fa definita come segue:
 forza-orizzontale-su-elementi-non-strutturali.JPG
dove:

Fa    è la forza sismica orizzontale agente al centro di massa dell’elemento non strutturale nella direzione più sfavorevole;
Wa    è il peso dell’elemento;
Sa    è l’accelerazione massima, adimensionalizzata rispetto a quella di gravità, che l’elemento strutturale subisce durante il sisma e corrisponde allo stato limite in esame (§ 3.2.1);
qa    è il fattore di struttura dell’elemento;

In mancanza di analisi più accurate, Sa può essere calcolato nel seguente modo:
accelerazione-max-elementi-non-strutturali.JPG
dove:

α    è il rapporto tra l’accelerazione massima del terreno ag su sottosuolo di tipo A da considerare nello stato limite in esame (§ 3.2.1) e l’accelerazione di gravità g;
S    è il coefficiente che tiene conto della categoria di sotto suolo e delle condizioni topografiche (§ 3.2.3.2.1);
Ta    è il periodo fondamentale dell’elemento non strutturale;
T1    è il periodo fondamentale della costruzione nella direzione considerata;
Z    è la quota del baricentro del pannello rispetto al piano delle fondazioni;
H    è l’altezza dell’edificio rispetto al piano delle fondazioni.

Infine, in assenza di specifiche determinazioni, per qa si possono assumere i valori riportati in Tab. 7.2.I:

valori di qa per elementi non strutturali 
Secondo quanto indicato al § 7.2.3 delle NTC 2018, “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 capacità degli elementi non strutturali, compresi gli eventuali elementi strutturali che li sostengono e collegano, tra loro e alla struttura principale, deve essere maggiore della domanda sismica corrispondente a ciascuno degli stati limite da considerare (v. § 7.3.6).

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. (omissis)”.

La domanda sismica sugli elementi non strutturali può essere determinata applicando loro una forza orizzontale Fa definita come segue:

forza-orizzontale-su-elementi-non-strutturali.JPG
 dove
Fa    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;
Sa    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 (v. § 3.2.1);
Wa    è il peso dell’elemento;
qa    è il fattore di comportamento dell’elemento.
In assenza di specifiche determinazioni, per Sa e qa può farsi utile riferimento a documenti di comprovata validità”.

Analizzando le differenze per quel che concerne il calcolo dell’azione sismica di progetto sull’elemento non strutturale, poco cambia tra le due norme, rimanendo l’approccio pressoché identico, salvo le incertezze introdotte nel calcolo dell’accelerazione Sa e del fattore di struttura (o di comportamento) qa, per i quali è opinione del sottoscritto che si possa fare ancora riferimento alle indicazioni delle NTC 2008, o ad altre normative di comprovata validità, tra cui l’Eurocodice 8.

Si osserva inoltre, che non vi è più menzione dell’esclusione nelle verifiche dei “tamponamenti interni di spessore non superiore a 100 mm”, quindi a rigore, le verifiche di sicurezza dovrebbero essere estese anche agli elementi divisori interni, a meno di diverse future indicazioni presenti nella Circolare Esplicativa di prossima pubblicazione.

Infine, viene introdotta una parte, ambigua ma interessante, per quel che riguarda i compiti e le responsabilità delle diverse figure professionali interessate, a seconda che l’elemento strutturale venga “costruito” o “assemblato” in cantiere. L’ambiguità risiede nella definizione di ciò che può ritenersi “costruito” e ciò che può ritenersi “assemblato”. Ad esempio, il caso di un tamponamento esterno costituito da blocchi prefabbricati in laterizio o calcestruzzo, nei cui giunti viene inserita un’armatura al fine di evitarne l’espulsione fuori dal piano, può essere considerato “costruito” o “assemblato”? Si spera in un chiarimento nella Circolare Esplicativa.

RISPETTO DEI REQUISITI NEI CONFRONTI DEGLI STATI LIMITE

Per ciò che concerne invece i “criteri di verifica e il rispetto dei requisiti nei confronti degli stati limite”, il § 7.3.6.3 delle NTC 2008 afferma che, “per gli elementi costruttivi senza funzione strutturale debbono essere adottati magisteri atti ad evitare collassi fragili e prematuri e la possibile espulsione sotto l’azione della Fa (v. § 7.2.3) corrispondente allo SLV”. Inoltre, nella Circolare esplicativa n.617 del 02/02/2009 viene aggiunto, al § C7.3.6.3 che “la prestazione consistente nell’evitare collassi fragili e prematuri e la possibile espulsione sotto l’azione della Fa delle tamponature si può ritenere conseguita con l’inserimento di leggere reti da intonaco sui due lati della muratura, collegate tra loro ed alle strutture circostanti a distanza non superiore a 500 mm sia in direzione orizzontale sia in direzione verticale, ovvero con l’inserimento di elementi di armatura orizzontale nei letti di malta, a distanza non superiore a 500 mm”.

Ponendo sempre in parallelo le vecchie norme alle nuove, il § 7.3.6 delle NTC 2018 che tratta il “Rispetto dei requisiti nei confronti degli stati limite”, riporta che “Per tutti gli elementi strutturali primari e secondari, gli elementi non strutturali e gli impianti si deve verificare che il valore di ciascuna domanda di progetto, definito dalla tabella 7.3.III per ciascuno degli stati limite richiesti, sia inferiore al corrispondente valore della capacità di progetto (omissis)”.

stati limite - tabella 3 III - NTC 2018
Le nuove norme introducono quindi una esplicita “verifica di stabilità (STA)”, come meglio specificato poi nel seguente § 7.3.6.2 “Elementi non strutturali (NS)”, in cui si riporta che “Per gli elementi non strutturali devono essere adottati magisteri atti ad evitare la possibile espulsione sotto l’azione della Fa (v. § 7.2.3) corrispondente allo SL e alla CU considerati”. 

Quindi, per ciò che concerne le verifiche da effettuare sugli elementi secondari, nella sostanza non cambia nulla tra le due normative, dovendo sempre eseguire verifiche per lo Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV). Le nuove norme specificano meglio che la verifica da effettuare è una verifica di stabilità e che essa debba essere eseguita per le sole Classi d’Uso II, III e IV, sebbene il requisito prestazionale richiesto risulti invariato.

Un aspetto molto importante, qualora il concetto non venga reintrodotto nella nuova Circolare Esplicativa, è il fatto che non si possa più fare riferimento all’automatico conseguimento del requisito prestazionale con il semplice inserimento di “leggere reti da intonaco sui due lati della muratura, collegate tra loro ed alle strutture circostanti a distanza non superiore a 500 mm sia in direzione orizzontale sia in direzione verticale, ovvero con l’inserimento di elementi di armatura orizzontale nei letti di malta, a distanza non superiore a 500 mm”.

SISTEMI ANTI-ESPULSIONE DELLE TAMPONATURE...l'articolo (scaricabile in pdf) continua con i seguenti paragrafi

> VERIFICHE DI RIGIDEZZA DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI IN TERMINI DI CONTENIMENTO DEL DANNO AGLI ELEMENTI NON STRUTTURALI

> SISTEMI ANTI-ESPULSIONE DELLE TAMPONATURE