NTC 2018 e dettagli tecnici degli elementi non strutturali

Le Norme Tecniche per le Costruzioni del 2018 (NTC 2018) introducono e definiscono cos'è un elemento non strutturale e quali sono le verifiche sismiche e le analisi da condurre su questi elementi.

Cosa sono gli elementi non strutturali? Sono tutte quelle parti dell'edificio e del suo contenuto, ad eccezione della struttura, che non sono stati progettati per resistere alle forze orizzontali e verticali. Generalmente gli elementi non strutturali non sono progettati da ingegneri strutturisti.

Secondo le NTC 2018, che entrano nel dettaglio e danno una risposta più tecnica, gli elementi non strutturali sono quelli con rigidezza, resistenza e massa tali da influenzare in maniera significativa la risposta strutturale (come le tamponature in muratura) e quelli che, pur non influenzando la risposta strutturale, sono ugualmente significativi ai fini della sicurezza o dell'incolumità delle persone, tra cui le coperture.

Perché è importante analizzare e verificare in qualche modo la stabilità del pacchetto di copertura del manto, in particolare la tenuta degli elementi non strutturali? Per due motivi:

• Perché questi possano rimanere in sede in caso di terremoto e non cadere e colpire persone all'esterno che stanno fuggendo dal proprio edificio, come succede per terremoti di entità anche relativamente lieve;

• Rendere il tetto utilizzabile e garantire l’agibilità anche in seguito a un terremoto: questo significa evitare danneggiamenti a parti isolanti, manto di copertura o elementi di impermeabilizzazione.

Non va fatto l’errore di pensare che queste criticità riguardino solamente le aree più sismiche del Pianeta, come Giappone, California e Nuova Zelanda, dato che si riscontrano problemi di caduta degli elementi non strutturali anche in terremoti di minore entità. Inoltre, in Italia abbiamo sismicità che sono assolutamente confrontabili con quelle più alte al mondo, che rendono fondamentale porsi dubbi di questo tipo e cercare di risolverli scientificamente.

È sufficiente collegare gli elementi della copertura per garantire sufficiente stabilità? Con quali dettagli costruttivi?

Il punto di partenza fondamentale è avere una struttura sotto copertura, sia essa in legno, in latero cemento o in calcestruzzo, che deve supportare i carichi verticali e che deve, inoltre, avere un’azione a diaframma, quindi essere sufficientemente controventata nel proprio piano.

La questione che ci interessa di più ora è capire quali siano le forze di inerzia che possono danneggiare gli elementi non strutturali. Perché? Perché molti degli elementi non strutturali, coperture comprese, sono molto sensibili alle accelerazioni. Questo significa che, maggiore è la massa dell’elemento non strutturale che sto analizzando, maggiore può essere il danneggiamento.

Cosa dicono le NTC 2018?

Dicono che la capacità degli elementi non strutturali e dei loro collegamenti deve essere maggiore della domanda sismica corrispondente a ciascuno degli strati limite da considerare. Quindi va verificato che la forza sismica sia minore della resistenza della copertura stessa. Per quanto riguarda le figure deputate ai vari controlli:

• Quando un elemento non strutturale viene costruito in cantiere, ad esempio le tamponature e le tramezze in muratura, è compito del progettista della struttura individuare la domanda e progettarne la capacità ed è compito del direttore lavori verificarne la corretta esecuzione.

• Quando, invece, l'elemento non strutturale è assemblato in cantiere, ad esempio murature a secco, controsoffitti e coperture, è compito del progettista della struttura individuare la domanda, è compito del fornitore o dell’installatore fornire elementi e sistemi di collegamento di capacità adeguata ed è compito del direttore dei lavori verificarne il corretto assemblaggio.

Per quanto riguarda il calcolo preciso delle forze che agiscono su una copertura durante un sisma, attualmente abbiamo almeno cinque modalità, riconosciute a livello internazionale, che ci consentono di calcolare l'accelerazione sulla copertura. Una delle risposte a cui vorremmo dare risposta con questa ricerca in collaborazione con BMI è quale di questi metodi sia il migliore.

Normalmente vengono fatti due tipi di verifiche degli stati limite: la verifica degli Stati Limite d’Esercizio (SLE) mette alla prova il mantenimento di tutte le funzionalità di una copertura, anche in caso di terremoti di bassa entità, mentre la verifica degli Stati Limite Ultimi (SLU) mira a salvaguardare la vita delle persone in caso di moti più intensi.

L’obiettivo ultimo di queste verifiche è soddisfarle per entrambi gli stati limite, ovvero che la verifica degli SLU soddisfi anche il rispetto degli SLE.

Gli Stati Limite d'Esercizio (SLE) comprendono:

• Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali e le apparecchiature rilevanti in relazione alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi;

• Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali e le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell’interruzione d’uso di parte delle apparecchiature.

Gli Stati Limite Ultimi (SLU) comprendono:

• Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;

• Stato Limite di prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali.

Quando si tratta di attuare concretamente queste verifiche, ci sono alcune domande tecniche a cui BMI ed Eucentre hanno cercato e stanno cercando di dare risposta:

• Come si calcola l’accelerazione massima che una copertura subisce durante un sisma?

• Come si calcola il fattore di comportamento dell’elemento non strutturale, in questo caso della copertura?

• Come si effettuano le verifiche di sicurezza sul pacchetto di copertura?

Non entreremo qui nel merito delle risposte che sono state individuate finora, ma vi rimandiamo al download dei materiali presentati durante la prima edizione di BMI Talks per approfondire tecnicamente e scientificamente il tema.