Guida Tecnica MEFA. Antisismica per Impianti di Ventilazione

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1 Guida Tecnica MEFA Antisismica per Impianti di Ventilazione Rev.0 Marzo_2011 MEFA Italia S.r.l. Via G.B. Morgagni, 16/B I Pogliano Milanese (MI) Tel.: Fax:

2 2 Generalità Le strutture secondarie con funzione di sostegno degli elementi componenti un Impianto Meccanico di Ventilazione (climatizzazione e condizionamento, ricircolo aria, ) devono essere realizzate in modo tale da poter assicurare all impianto supportato non solo di non collassare ma di mantenere la propria funzionalità durante e subito dopo il manifestarsi di un terremoto, in particolar modo per tutti gli edifici definiti come strategici dalla Normativa in vigore. Risulta pertanto necessario realizzare tutte queste strutture secondarie in modo tale da limitare gli spostamenti che si originano durante il terremoto; tale richiesta si attua accoppiando al semplice supporto un efficace sistema di controventamento. Gli spostamenti indotti da un evento sismico sono causa di rotture e/o di perdita di funzionalità dell impianto stesso, quindi la fonte di danni per l impianto, danni che essenzialmente risultano essere di due tipologie: Diretti Indiretti Provocano il ferimento di persone causato dalla rottura e conseguente caduta al suolo dei condotti e dalla caduta di apparecchiature di impianto particolarmente pesanti e/o ingombranti. Provocano l interruzione dei servizi legati alla mancanza di climatizzazione e ricircolo aria, essenziali nelle strutture strategiche. Questi danni sono legati alle caratteristiche dei sistemi di supporto della componentistica dell impianto che occorre rendere adeguati. I supporti degli impianti devono essere progettati in modo che siano soddisfatti anche i seguenti requisiti di sicurezza, obiettivo dei quali è quello di eliminare o ridurre tutte quelle situazioni che possono rappresentare delle fonti di pericolo. Il rispetto di questi requisiti comporta, inoltre, la garanzia di mantenimento della funzionalità dell impianto in caso di terremoto. Fondamentali risultano essere: Stabilità Da garantire al fine di evitare rotture dei canali e ribaltamenti o spostamenti eccessivi delle varie apparecchiature. Funzionalità Da garantire poiché non ci devono essere interruzioni nel servizio. Veloce riparabilità L impianto deve essere facilmente rimesso in esercizio in breve tempo.

3 3 In ordine alle funzioni a cui è destinato l edificio in cui è collocato l impianto, i requisiti sopra menzionati dovranno essere soddisfatti, nella totalità o in parte, in maniera più o meno stringente; ad esempio nelle strutture edili dove sono svolte funzioni di pubblica utilità o dove si svolgono attività lavorative particolarmente pericolose per la pubblica incolumità, tutte le richieste elencate dovranno essere strettamente rispettate. Gli impianti di ventilazione si compongono di diversi elementi che devono tutti essere messi in sicurezza in caso di sisma affinché la funzionalità dell intero impianto non venga a mancare. Occorre infatti adottare idonei accorgimenti per eliminare tutte le criticità connesse a questi elementi. Le criticità, che sono correlate allo schema distributivo dell impianto e alle modalità di installazione e all interazione con altri elementi impiantistici e non, e che non possono essere rimosse nella fase di progettazione dell impianto, devono essere eliminate con l esecuzione di opportuni sistemi di vincolo e di bloccaggio. Qui di seguito un elenco, non esaustivo, di componenti tipici di questi impianti: Macchine appoggiate a pavimento I componenti di impianto appoggiati a pavimento, come le Caldaie, le Macchine Frigorifere, le Macchine per il trattamento dell aria, le Torri Evaporative, a seguito dell evento sismico possono rompersi, dopo aver subito spostamenti anche di notevole entità, andando ad urtare contro strutture edili o contro altre componenti di impianto. Tutti questi elementi devono essere vincolati tramite l uso di controventi che garantiscano l assenza di movimenti. Il sistema di controventamento deve essere efficace nel trasferimento delle azioni sismiche dall apparecchiatura alla struttura edile. Componentistica sospesa Tutti i componenti sospesi (come gli elementi terminali di distribuzione dell aria) con cavi metallici o barre metalliche verticali, a causa delle oscillazioni possono andare ad urtare gli ostacoli presenti nelle vicinanze rompendosi e cadendo a terra; questo può provocare danni alle persone presenti nell edificio. Per questi componenti, il sistema sismo resistente può essere realizzato installando in aggiunta agli elementi metallici verticali già presenti degli elementi di controvento, quali cavi metallici inclinati o elementi rigidi. In entrambi i casi, cavi o elementi rigidi, tutti gli elementi che compongono il supporto devono essere in grado di resistere alle forze di compressione e trazione aggiuntive che derivano dall evento sismico. Canali e condotte di distribuzione dell aria Questi elementi si possono rompere e cadere a terra provocando danni alle persone in aggiunta all interruzione del servizio.

4 4 I condotti possono essere controventati disponendo appositi elementi di controvento che devono bloccare il movimento dei condotti in entrambe le direzioni (trasversale e longitudinale all asse del condotto stesso) in modo che non si verifichino rotture e danneggiamenti vari. Reti di tubazioni per il trasporto dell acqua Questi elementi, che hanno di fatto dimensioni contenute ma che sono però importanti per la funzione svolta (trasporto dell acqua calda e fredda alle varie apparecchiature di impianto), si possono rompere provocando l interruzione del servizio. Anche per i tubi trovano applicazione le considerazioni fatte per i canali e le condotte. Metodologia costruttiva I carichi prodotti da un terremoto agiscono, per tutte le componenti dell impianto, sia nel piano orizzontale, secondo due direzioni tra loro ortogonali, che nel piano verticale: per l assorbimento di tali azioni, e quindi per poter controllare gli spostamenti di ogni elemento impiantistico in tutte le direzioni, si devono aggiungere appositi elementi di controvento ai profilati metallici verticali di norma presenti (barra filettata rinforzata, profilo o altro elemento). Inoltre l elemento verticale che sostiene il generico componente deve essere in grado di assorbire, oltre alle azioni gravitazionali già presenti (essenzialmente peso proprio e carico permanente), le forze di compressione e/o di trazione aggiuntive che derivano dall equilibrio delle azioni orizzontali che si hanno nei controventi durante il terremoto e le azioni verticali proprie della componente verticale del sisma. Per l elemento canale di distribuzione aria : su di esso le azioni orizzontali generate dal sisma sono considerate agenti sia trasversalmente sia longitudinalmente al suo asse; pertanto per gestire tali forze e i conseguenti spostamenti e verranno aggiunti i suddetti elementi di controvento. In base alla funzione svolta, si hanno: Controventi antisismici trasversali Sono elementi atti ad impedire i movimenti in direzione perpendicolare a quella della linea. Controventi antisismici longitudinali Sono elementi atti ad impedire i movimenti in direzione parallela a quella della linea. In base alla tipologia costruttiva, si hanno:

5 5 Controventi antisismici realizzati con cavi metallici In questo caso i movimenti trasversali e longitudinali sono impediti da cavi di ancoraggio di sezione resistente opportuna. Poiché i cavi resistono unicamente a forze di trazione essi devono essere installati a coppie, cioè occorre posizionare due elementi di controvento su entrambi i lati della conduttura. Controventi antisismici realizzati con elementi metallici rigidi Dove le componenti di spostamento sono bloccate da elementi rigidi che resistono sia a forze di trazione che a forze di compressione. Poiché il controvento può lavorare sia in tensione che in compressione, un controvento rigido è equivalente a una coppia di cavi metallici (che agiscono solamente in tensione). La lunghezza di questo controvento è più limitata del precedente a causa dell insorgere di problemi di instabilità sotto le azioni di compressione. Non è possibile realizzare su uno stesso componente d impianto un sistema di controvento misto cioè dove sono presenti sia cavi metallici che elementi rigidi. In entrambi i casi di controvento realizzato mediante cavi metallici o elementi metallici rigidi, gli elementi verticali (barra filettata rinforzata, profilo o altro elemento) che sostengono la canalina devono essere in grado di assorbire oltre alle azioni derivanti dal carico sostenuto (peso proprio, peso eventuale isolamento, peso eventuale liquido contenuto nelle tubazioni) anche le forze di compressione e trazione aggiuntive che nascono durante il terremoto. Per ciò che riguarda il posizionamento dei controventi su una linea, e per determinare la spaziatura tra due controventi consecutivi, occorre considerare le resistenze proprie di: Componente d impianto (in questo caso i canali di distribuzione) Connessioni alla struttura edile portante Elementi metallici verticali Elementi metallici inclinati Struttura edile di sostegno quindi di tutti gli elementi tra loro connessi e che costituiscono il percorso di trasmissione delle forze sismiche. Come regola generale non esaustiva (secondo le Normative USA), se rispettate resistenze e massime deformazioni di tutti gli elementi coinvolti (struttura edile portante, supporto elemento di impianto, elemento di impianto) : 1) I ritegni sismici sono richiesti per le seguenti installazioni:

6 6 Secondo CBC_2001, CBC_1998, UBC_ condotti circolari con diametro pari a 28 (70cm) e superiori. - condotti contenenti gas pericolosi e/o di scarico. - canali a sezione quadrata e rettangolare aventi area trasversale maggiore o uguale a 6sq.ft. (0,56mq). - apparecchiatura installata in una canalizzazione avente peso uguale a 50lbs o superiore, se rigidamente connessa al canale. - apparecchiatura installata in una canalizzazione avente peso uguale a 20lbs o superiore, se non rigidamente connessa al canale. Secondo IBC_2006, IBC_2003, IBC_ canali a sezione quadrata e rettangolare aventi area trasversale maggiore o uguale a 6sq.ft. (0,56mq). - canali con peso maggiore o uguale a 5lb/ft. (7.5kg/m). - apparecchiatura installata in una canalizzazione avente peso uguale a 75lbs o superiore. Secondo CBC_ canali a sezione quadrata e rettangolare aventi area trasversale maggiore o uguale a 6sq.ft. (0,56mq). - apparecchiatura installata in una canalizzazione avente peso uguale a 75lbs o superiore. Le Normative USA citate fanno riferimento, per le considerazioni sopra indicate, a specificate categorie sismiche di progetto (Seismic Design Category) e a definiti fattori di importanza (I p ) degli edifici. Esistono delle eccezioni alle indicazioni di cui sopra; pertanto non sono richiesti ritegni sismici per: - i canali sospesi tramite supporti a cinghia, se la distanza tra la sommità del canale e l intradosso della struttura edile è uguale o inferiore a 12 (30cm); - i canali sostenuti da supporti a U, se la distanza tra la sommità del supporto e l intradosso della struttura edile di supporto è uguale o inferiore a 12 (30cm), a condizione che sia garantita una certa flessibilità del sistema. Le due condizioni qui sopra descritte devono essere rispettate in tutti i ritegni della generica canalizzazione, altrimenti è richiesta la presenza di controventi. Occorre inoltre il rispetto delle seguenti condizioni aggiuntive, per la validità delle eccezioni: - il materiale con cui sono realizzate le condutture deve essere di tipo duttile, così come devono esserlo i collegamenti tra i vari tronchi di canali;

7 7 - gli spostamenti laterali del condotto devono essere di entità tale per cui non si devono verificare impatti contro altri elementi impiantistici (altri canali, tubazioni, apparecchiature, elementi edili portanti, ); - nel punto di connessione con la struttura edile, il supporto impiantistico non deve sviluppare coppie flettenti e torcenti. 2) Ogni tratta lineare deve essere controventata in direzione ortogonale alla direzione del canale con almeno 2 controventi trasversali. L interasse massimo tra due controventi trasversali consecutivi deve essere pari, al più, a 30ft (9m) riferimento norme Smacna. 3) Ogni tratta lineare deve essere controventata in direzione parallela alla direzione del canale con almeno 1 controvento longitudinale. L interasse massimo tra due controventi longitudinali consecutivi deve essere pari, al più, a 60ft (18m) riferimento norme Smacna. 4) Per tutti i canali in fibra di vetro, plastica o in materiale non duttile, l interasse tra due controventi trasversali consecutivi è pari, al più, a 15ft mentre tra due controventi longitudinali consecutivi è, al più, uguale a 30ft. 5) I supporti antisismici di canali con sezione quadrata, rettangolare o ovale possiedono una configurazione geometrica ad U ; tali strutture sono composte da due profili metallici orizzontali, collegati in modo opportuno (tramite viti metalliche autofilettanti) alla parte alta e alla parte bassa del canale aria supportato, e da due elementi metallici verticali (profilati o barre filettate rinforzate) che consentono il trasferimento alla struttura edile portante dei carichi statici gravitazionali. A tale struttura sono collegati i controventi trasversali e/o longitudinali. 6) I fori nelle murature possono essere considerati come dei controventi trasversali per il condotto, a condizione che il condotto stesso sia ben vincolato al perimetro dei fori. 7) I fori nelle pavimentazioni possono essere considerati come controventi trasversali e longitudinali per il condotti, a condizione che il condotto stesso sia ben vincolato al perimetro dei fori e che i cambi di direzione, eventualmente presenti, non siano superiori alla massima lunghezza di deviazione consentita (pari a 2 volte la larghezza del condotto) misurata dal pavimento alla curva. 8) Può essere utilizzato un unico supporto per il sostegno di più canali. 9) Non è possibile controventare un impianto meccanico a due parti differenti della struttura edile che possono rispondere in modo diverso durante il sisma.

8 8 Riferimenti Bibliografici California Building Code CBC /2001/2007 International Building Code IBC /2003/2006 Uniform Building Code UBC Note La finalità di questo Documento è quella di fornire indicazioni in merito allo staffaggio antisismico per gli Impianti Meccanici di Ventilazione. Le indicazioni contenute in questo Elaborato, pertanto, sono di carattere generale e non intendono essere esaustive, precise o utilizzabili per ogni applicazione. Per informazioni più complete e dettagliate fare riferimento direttamente alle ultime edizioni pubblicate dei Codici Normativi citati nonché alle Normative effettivamente applicabili.

9 Guida Tecnica MEFA Antisismica per Impianti Elettrici e Speciali Rev.0 Marzo_2011 MEFA Italia S.r.l. Via G.B. Morgagni, 16/B I Pogliano Milanese (MI) Tel.: Fax:

10 2 Generalità Le strutture secondarie con funzione di sostegno degli elementi componenti un Impianto Elettrico o Speciale (trasmissione dati, telefonia, segnalazione, controllo, ) devono essere realizzate in modo tale da poter assicurare all impianto supportato non solo di non collassare ma di mantenere la propria funzionalità durante e subito dopo il manifestarsi di un terremoto, in particolar modo per tutti gli edifici definiti come strategici dalla Normativa in vigore. Risulta pertanto necessario realizzare tutte queste strutture secondarie in modo tale da limitare gli spostamenti che si originano durante il terremoto; tale richiesta si attua accoppiando al semplice supporto un efficace sistema di controventamento. Gli spostamenti indotti da un evento sismico sono causa di rotture e/o di perdita di funzionalità dell impianto stesso, quindi la fonte di danni per l impianto, danni che essenzialmente risultano essere di due tipologie: Diretti Indiretti Provocano il ferimento di persone causato dalla rottura e conseguente caduta al suolo dei condotti e dalla caduta di apparecchiature di impianto particolarmente pesanti e/o ingombranti. Provocano l interruzione dei servizi legati alla mancanza di climatizzazione e ricircolo aria, essenziali nelle strutture strategiche. Questi danni sono legati alle caratteristiche dei sistemi di supporto della componentistica dell impianto che occorre rendere adeguati. I supporti degli impianti devono essere progettati in modo che siano soddisfatti anche i seguenti requisiti di sicurezza, obiettivo dei quali è quello di eliminare o ridurre tutte quelle situazioni che possono rappresentare delle fonti di pericolo. Il rispetto di questi requisiti comporta, inoltre, la garanzia di mantenimento della funzionalità dell impianto in caso di terremoto. Fondamentali risultano essere: Stabilità Da garantire al fine di evitare rotture dei canali e ribaltamenti o spostamenti eccessivi delle varie apparecchiature. Funzionalità Da garantire poiché non ci devono essere interruzioni nel servizio. Veloce riparabilità L impianto deve essere facilmente rimesso in esercizio in breve tempo.

11 3 In ordine alle funzioni a cui è destinato l edificio in cui è collocato l impianto, i requisiti sopra menzionati dovranno essere soddisfatti, nella totalità o in parte, in maniera più o meno stringente; ad esempio nelle strutture edili dove sono svolte funzioni di pubblica utilità o dove si svolgono attività lavorative particolarmente pericolose per la pubblica incolumità, tutte le richieste elencate dovranno essere strettamente rispettate. Gli impianti elettrici, così come gli impianti speciali, si compongono di diversi elementi: questi ultimi devono tutti essere messi in sicurezza in caso di sisma affinché la funzionalità complessiva non venga meno. Occorre infatti adottare opportune misure e accorgimenti per eliminare tutte le criticità connesse a questi elementi, che costituiscono degli elementi vulnerabili. Le criticità, essenzialmente legate allo schema distributivo dell impianto nonché alle modalità di installazione e all interazione con altri elementi impiantistici e non, che non possono essere risolte nella fase iniziale di progetto dell impianto devono essere eliminate con l esecuzione di efficaci sistemi di vincolo e bloccaggio. Elencata di seguito la componentistica, non esaustiva, relativa a questa categoria di impianti: Apparecchiature elettriche in genere (quadri elettrici, gruppi elettronici e strumentazioni varie) Per le apparecchiature come quadri elettrici o strumentazione varia il danno può consistere, ad esempio, nel ribaltamento e/o nello spostamento laterale di tali elementi favorito dal peso, dalle dimensioni di questi elementi e dall assenza di ancoraggi efficaci. Si possono pertanto avere pericolo per la vita umana e occlusione delle vie di fuga; inoltre il danneggiamento delle apparecchiature stesse può comportare nelle strutture strategiche l interruzione di servizi essenziali. Si necessita pertanto realizzare un sistema di vincolo efficace nei confronti del ribaltamento e dello spostamento che possono avvenire durante un terremoto e che impedisca a questi elementi di spostarsi dalla propria sede di collocamento. Già in fase di impostazione progettuale dell impianto si possono proporre soluzioni ottimali per eliminare particolari criticità: ad esempio il posizionamento di questi elementi, aventi peso e dimensioni decisamente non trascurabili, possibilmente nei piani più bassi dell edificio in modo che le azioni sismiche agenti su esso siano di entità ridotta. Lampade e componenti sospesi I componenti di impianto sospesi, come lo sono ad esempio i corpi illuminanti semplicemente appesi con catene o pendini verticali, a causa delle oscillazioni possono andare ad urtare ostacoli presenti (come i muri perimetrali dei locali o componenti di altri impianti) rompendosi e proiettando verso terra frammenti di vetro o addirittura cadendo a terra essi stessi; questo, unito all interruzione dell illuminazione, può provocare danni anche di grave entità alle persone presenti nell edificio. Occorre quindi realizzare un sistema di sospensione opportuno che impedisca ai corpi illuminanti di compiere oscillazioni o movimenti eccessivi in ogni direzione sotto l effetto del sisma.

12 4 Per queste componenti di impianto, il sistema sismo resistente può essere efficacemente realizzato installando in aggiunta ai pendini verticali degli elementi di controvento, quali cavi metallici inclinati o elementi rigidi. In entrambi i casi, cavi o elementi rigidi, gli elementi devono essere in grado di resistere alle forze di compressione e trazione aggiuntive che derivano dall evento sismico. Canalizzazioni linee elettriche di distribuzione Questi elementi sotto le azioni sismiche possono rompersi e cadere a terra provocando danni alle persone presenti nell edificio in aggiunta all interruzione del servizio. Si deve realizzare un sistema opportuno che impedisca alle canalizzazioni di spostarsi. Le canalizzazioni elettriche possono essere controventate usando la stessa metodologia applicata ai sistemi di tubazioni relativa agli impianti idraulici. Analogamente, anche in questo caso i controventi laterali devono vincolare il movimento dei condotti, dovuto al sisma, in entrambe le direzioni trasversale e longitudinale affinchè non si verifichino rotture e danneggiamenti vari. Metodologia costruttiva I carichi prodotti da un terremoto agiscono, per tutte le componenti dell impianto, sia nel piano orizzontale, secondo due direzioni tra loro ortogonali, che nel piano verticale: per l assorbimento di tali azioni, e quindi per poter controllare gli spostamenti di ogni elemento impiantistico in tutte le direzioni, si devono aggiungere appositi elementi di controvento ai profilati metallici verticali di norma presenti (barra filettata rinforzata, profilo o altro elemento). Inoltre l elemento verticale che sostiene il generico componente deve essere in grado di assorbire, oltre alle azioni gravitazionali già presenti (essenzialmente peso proprio e carico permanente), le forze di compressione e/o di trazione aggiuntive che derivano dall equilibrio delle azioni orizzontali che si hanno nei controventi durante il terremoto e le azioni verticali proprie della componente verticale del sisma. Per l elemento di impianto canalina elettrica (stesse considerazioni anche per gli altri componenti dell impianto): su di esso le azioni orizzontali generate dal sisma sono considerate agenti sia trasversalmente sia longitudinalmente al suo asse; pertanto per gestire tali forze e i conseguenti spostamenti e oscillazioni verranno aggiunti i suddetti elementi di controvento. In base alla funzione svolta, si hanno: Controventi antisismici trasversali Sono elementi atti ad impedire i movimenti in direzione perpendicolare a quella della linea. Controventi antisismici longitudinali Sono elementi atti ad impedire i movimenti in direzione parallela a quella della linea.

13 5 In base alla tipologia costruttiva, si hanno: Controventi antisismici realizzati con cavi metallici In questo caso i movimenti trasversali e longitudinali sono impediti da cavi di ancoraggio di sezione resistente opportuna. Poiché i cavi resistono unicamente a forze di trazione essi devono essere installati a coppie, cioè occorre posizionare due elementi di controvento su entrambi i lati della conduttura. Controventi antisismici realizzati con elementi metallici rigidi Dove le componenti di spostamento sono bloccate da elementi rigidi che resistono sia a forze di trazione che a forze di compressione. Poiché il controvento può lavorare sia in tensione che in compressione, un controvento rigido è equivalente a una coppia di cavi metallici (che agiscono solamente in tensione). La lunghezza di questo controvento è più limitata del precedente a causa dell insorgere di problemi di instabilità sotto le azioni di compressione. Non è possibile realizzare su uno stesso componente d impianto un sistema di controvento misto cioè dove sono presenti sia cavi metallici che elementi rigidi. In entrambi i casi di controvento realizzato mediante cavi metallici o elementi metallici rigidi, gli elementi verticali (barra filettata rinforzata, profilo o altro elemento) che sostengono la canalina devono essere in grado di assorbire oltre alle azioni derivanti dal carico sostenuto (peso proprio, peso eventuale isolamento, peso eventuale liquido contenuto nelle tubazioni) anche le forze di compressione e trazione aggiuntive che nascono durante il terremoto. Per ciò che riguarda il posizionamento dei controventi su una linea, e per determinare la spaziatura tra due controventi consecutivi, occorre considerare le resistenze proprie di: Componente d impianto (in questo caso le canalizzazioni) Connessioni alla struttura edile portante Elementi metallici verticali Elementi metallici inclinati Struttura edile di sostegno quindi di tutti gli elementi tra loro connessi e che costituiscono il percorso di trasmissione delle forze sismiche. Come regola generale non esaustiva (secondo le Normative USA), se rispettate resistenze e massime deformazioni di tutti gli elementi coinvolti (struttura edile portante, supporto elemento di impianto, elemento di impianto) :

14 6 1) I ritegni sismici sono richiesti per le seguenti installazioni: Secondo CBC_2001, CBC_1998, UBC_ tutte le canaline con diametro pari o superiore a 2 1/2 (76,1mm). - tutte le canaline con peso pari o superiore a 10lbs/ft (15daN/m). Secondo CBC_2007, IBC_2006, IBC_2003, IBC_ tutte le canaline con diametro pari o superiore a 3 (88,9mm). - tutte le canaline con peso pari o superiore a 10lbs/ft (15daN/m). Le Normative USA citate fanno riferimento, per le considerazioni sopra indicate, a specificate categorie sismiche di progetto (Seismic Design Category) e a definiti fattori di importanza (I p ) degli edifici. Esistono delle eccezioni alle indicazioni di cui sopra; pertanto non sono richiesti ritegni sismici per: - le canaline sospese tramite barre singole, se la distanza tra la sommità della canalina e l intradosso della struttura edile è uguale o inferiore a 12 (30cm); - le canaline sostenute da supporti a U, se la distanza tra la sommità del supporto e l intradosso della struttura edile di supporto è uguale o inferiore a 12 (30cm), a condizione che sia garantita la flessibilità del sistema. Le due condizioni qui sopra descritte devono essere rispettate in tutti i ritegni della generica canalizzazione, altrimenti è richiesta la presenza di controventi. Occorre inoltre il rispetto delle seguenti condizioni aggiuntive, per la validità delle eccezioni: - il materiale con cui sono realizzate le canaline deve essere di tipo duttile, così come devono esserlo le connessioni tra i vari tronchi di canaline; - gli spostamenti laterali del condotto devono essere di entità tale per cui non si devono verificare impatti contro altri elementi impiantistici (altri canali, tubazioni, apparecchiature, elementi edili portanti, ); - nel punto di connessione con la struttura edile, il supporto impiantistico non deve sviluppare coppie flettenti e torcenti. 2) Ogni tratta lineare deve essere controventata in direzione ortogonale alla direzione del canale con almeno 2 controventi trasversali. L interasse massimo tra due controventi trasversali consecutivi deve essere pari, al più, a 40ft (12,00m).

15 7 3) Ogni tratta lineare deve essere controventata in direzione parallela alla direzione del canale con almeno 1 controvento longitudinale. L interasse massimo tra due controventi longitudinali consecutivi deve essere pari, al più, a 80ft (24,00m). 4) Per tutte le canaline in materiale non duttile, l interasse tra due controventi trasversali consecutivi è pari, al più, a 20ft (6,00m) mentre tra due controventi longitudinali consecutivi è, al più, uguale a 40ft (12,00m). 5) Tutti i controventi devono essere posizionati ad una lunghezza massima del supporto verticale pari a 4 (114,3mm), che può richiedere una barra di rinforzo. 6) Nel caso di supporti a U, il controvento deve essere connesso direttamente al trapezio e le canaline elettriche devono essere solidamente collegate al supporto stesso tramite cinghie, morsetti per canali o bulloni. E richiesta la presenza di almeno un controvento trasversale e/o due controventi longitudinali. 7) I supporti a U con più livelli, sostenuti dalle stesse barre, devono essere controventati ad ogni livello. La barra di supporto, in ogni sezione, può richiedere degli irrigidimenti. 8) Per le canaline verticali, prevedere ritegni laterali in sommità, alla base e in un punto intermedio della canalina stessa con distanza tra due ritegni consecutivi non superiore a 30ft (9,00m). Nel caso di canaline elettriche montanti in edifici aventi 6 o più piani, i supporti verticali singoli e i supporti laterali devono essere progettati. Riferimenti Bibliografici California Building Code CBC /2001/2007 International Building Code IBC /2003/2006 Uniform Building Code UBC

16 8 Note La finalità di questo Documento è quella di fornire indicazioni in merito allo staffaggio antisismico per gli Impianti Elettrici e Speciali. Le indicazioni contenute in questo Elaborato, pertanto, sono di carattere generale e non intendono essere esaustive, precise o utilizzabili per ogni applicazione. Per informazioni più complete e dettagliate fare riferimento direttamente alle ultime edizioni pubblicate dei Codici Normativi citati nonché alle Normative effettivamente applicabili.

17 Guida Tecnica MEFA Antisismica per Impianti di Distribuzione dei Fluidi Rev.0 Marzo_2011 MEFA Italia S.r.l. Via G.B. Morgagni, 16/B I Pogliano Milanese (MI) Tel.: Fax:

18 2 Generalità Le strutture secondarie con funzione di sostegno degli elementi componenti un Impianto Meccanico Termoidraulico (riscaldamento, raffreddamento, ) e un Impianto Meccanico di Distribuzione dei fluidi in genere (gas medicali, fluidi pericolosi, fluidi infiammabili, ) devono essere realizzate in modo tale da poter assicurare all impianto supportato non solo di non collassare ma di mantenere la propria funzionalità durante e subito dopo il manifestarsi di un terremoto, in particolar modo per tutti gli edifici definiti come strategici dalla Normativa in vigore. Risulta pertanto necessario realizzare tutte queste strutture secondarie in modo tale da limitare gli spostamenti che si originano durante il terremoto; tale richiesta si attua accoppiando al semplice supporto un efficace sistema di controventamento. Gli spostamenti indotti da un evento sismico sono causa di rotture e/o di perdita di funzionalità dell impianto stesso, quindi la fonte di danni per l impianto, danni che essenzialmente risultano essere di due tipologie: Diretti Indiretti Provocano il ferimento di persone causato dalla rottura e conseguente caduta al suolo delle tubazioni e dalla caduta di apparecchiature di impianto particolarmente pesanti e/o ingombranti. Provocano l interruzione dei servizi legati alla mancanza di distribuzione dei fluidi energetici (ad esempio i gas medicali), essenziali nelle strutture strategiche. Questi danni sono legati alle caratteristiche dei sistemi di supporto della componentistica dell impianto che occorre rendere adeguati. I supporti degli impianti devono essere progettati in modo che siano soddisfatti anche i seguenti requisiti di sicurezza, obiettivo dei quali è quello di eliminare o ridurre tutte quelle situazioni che possono rappresentare delle fonti di pericolo. Il rispetto di questi requisiti comporta, inoltre, la garanzia di mantenimento della funzionalità dell impianto in caso di terremoto. Fondamentali risultano essere: Stabilità Da garantire al fine di evitare rotture delle tubazioni e ribaltamenti o spostamenti eccessivi delle varie apparecchiature. Funzionalità Da garantire poiché non ci devono essere interruzioni nel servizio. Veloce riparabilità L impianto deve essere facilmente rimesso in esercizio in breve tempo.

19 3 In ordine alle funzioni a cui è destinato l edificio in cui è collocato l impianto, i requisiti sopra menzionati dovranno essere soddisfatti, nella totalità o in parte, in maniera più o meno stringente; ad esempio nelle strutture edili dove sono svolte funzioni di pubblica utilità o dove si svolgono attività lavorative particolarmente pericolose per la pubblica incolumità, tutte le richieste elencate dovranno essere strettamente rispettate. Gli impianti termoidraulici e di distribuzione si compongono di diversi elementi che devono tutti essere messi in sicurezza in caso di sisma affinché la funzionalità dell intero impianto non venga a mancare. Occorre infatti adottare idonei accorgimenti per eliminare tutte le criticità connesse a questi elementi. Le criticità, che sono correlate allo schema distributivo dell impianto e alle modalità di installazione e all interazione con altri elementi impiantistici e non, e che non possono essere rimosse nella fase di progettazione dell impianto, devono essere eliminate con l esecuzione di opportuni sistemi di vincolo e di bloccaggio. Qui di seguito un elenco, non esaustivo, di componenti tipici di questi impianti: Macchine appoggiate a pavimento I componenti di impianto appoggiati a pavimento, come le Caldaie, le Macchine Frigorifere, le Macchine per il trattamento dell aria, le Torri Evaporative, a seguito dell evento sismico possono rompersi, dopo aver subito spostamenti anche di notevole entità, andando ad urtare contro strutture edili o contro altre componenti di impianto. Tutti questi elementi devono essere vincolati tramite l uso di controventi che garantiscano l assenza di movimenti. Il sistema di controventamento deve essere efficace nel trasferimento delle azioni sismiche dall apparecchiatura alla struttura edile. Componentistica sospesa Tutti i componenti sospesi con cavi metallici o barre metalliche verticali, a causa delle oscillazioni possono andare ad urtare gli ostacoli presenti nelle vicinanze rompendosi e cadendo a terra; questo può provocare danni alle persone presenti nell edificio. Per questi componenti, il sistema sismo resistente può essere realizzato installando in aggiunta agli elementi metallici verticali già presenti degli elementi di controvento, quali cavi metallici inclinati o elementi rigidi. In entrambi i casi, cavi o elementi rigidi, tutti gli elementi che compongono il supporto devono essere in grado di resistere alle forze di compressione e trazione aggiuntive che derivano dall evento sismico. Reti di tubazioni per il trasporto dei fluidi Questi elementi, fondamentali per la funzione svolta (trasporto dei fluidi vettore alle varie apparecchiature di impianto), si possono rompere provocando l interruzione del servizio.

20 4 Le tubazioni possono essere controventate disponendo appositi elementi di controvento che devono bloccare il movimento dei tubi in entrambe le direzioni (trasversale e longitudinale all asse del condotto stesso) in modo che non si verifichino rotture e danneggiamenti vari. Metodologia costruttiva I carichi prodotti da un terremoto agiscono, per tutte le componenti dell impianto, sia nel piano orizzontale, secondo due direzioni tra loro ortogonali, che nel piano verticale: per l assorbimento di tali azioni, e quindi per poter controllare gli spostamenti di ogni elemento impiantistico in tutte le direzioni, si devono aggiungere appositi elementi di controvento ai profilati metallici verticali di norma presenti (barra filettata rinforzata, profilo o altro elemento). Inoltre l elemento verticale che sostiene il generico componente deve essere in grado di assorbire, oltre alle azioni gravitazionali già presenti (essenzialmente peso proprio e carico permanente), le forze di compressione e/o di trazione aggiuntive che derivano dall equilibrio delle azioni orizzontali che si hanno nei controventi durante il terremoto e le azioni verticali proprie della componente verticale del sisma. Per l elemento tubazione : su di esso le azioni orizzontali generate dal sisma sono considerate agenti sia trasversalmente sia longitudinalmente al suo asse; pertanto per gestire tali forze e i conseguenti spostamenti e verranno aggiunti i suddetti elementi di controvento. In base alla funzione svolta, si hanno: Controventi antisismici trasversali Sono elementi atti ad impedire i movimenti in direzione perpendicolare a quella della linea. Controventi antisismici longitudinali Sono elementi atti ad impedire i movimenti in direzione parallela a quella della linea. In base alla tipologia costruttiva, si hanno: Controventi antisismici realizzati con cavi metallici In questo caso i movimenti trasversali e longitudinali sono impediti da cavi di ancoraggio di sezione resistente opportuna. Poiché i cavi resistono unicamente a forze di trazione essi devono essere installati a coppie, cioè occorre posizionare due elementi di controvento su entrambi i lati della conduttura. Controventi antisismici realizzati con elementi metallici rigidi

21 5 Dove le componenti di spostamento sono bloccate da elementi rigidi che resistono sia a forze di trazione che a forze di compressione. Poiché il controvento può lavorare sia in tensione che in compressione, un controvento rigido è equivalente a una coppia di cavi metallici (che agiscono solamente in tensione). La lunghezza di questo controvento è più limitata del precedente a causa dell insorgere di problemi di instabilità sotto le azioni di compressione. Non è possibile realizzare su uno stesso componente d impianto un sistema di controvento misto cioè dove sono presenti sia cavi metallici che elementi rigidi. In entrambi i casi di controvento realizzato mediante cavi metallici o elementi metallici rigidi, gli elementi verticali (barra filettata rinforzata, profilo o altro elemento) che sostengono la tubazione devono essere in grado di assorbire oltre alle azioni derivanti dal carico sostenuto (peso proprio, peso eventuale isolamento, peso eventuale liquido contenuto nelle tubazioni) anche le forze di compressione e trazione aggiuntive che nascono durante il terremoto. Per ciò che riguarda il posizionamento dei controventi su una linea, e per determinare la spaziatura tra due controventi consecutivi, occorre considerare le resistenze proprie di: Componente d impianto (in questo caso le tubazioni) Connessioni alla struttura edile portante Elementi metallici verticali Elementi metallici inclinati Struttura edile di sostegno quindi di tutti gli elementi tra loro connessi e che costituiscono il percorso di trasmissione delle forze sismiche. Come regola generale non esaustiva (secondo le Normative USA), se rispettate resistenze e massime deformazioni di tutti gli elementi coinvolti (struttura edile portante, supporto elemento di impianto, elemento di impianto) : 1) I ritegni sismici sono richiesti per le seguenti installazioni: Secondo CBC_2001, CBC_1998, UBC_ tubazioni contenenti gas medicali, aria compressa e fluidi pericolosi con diametro pari a 1 e superiori. - tutte le tubazioni con diametro pari o superiore a 1 1/4 ubicate nei locali tecnici. - tutte le tubazioni con diametro pari o superiore a 2 1/2.

22 6 - tutti i supporti a U a sostegno di tubazioni con peso pari o superiore a 10lbs/m. Secondo CBC_2007, IBC_2006, IBC_2003, IBC_ tutte le tubazioni con diametro pari o superiore a 1 1/4. - tutte le tubazioni con diametro pari o superiore a 3 1/2. - tutte le tubazioni con diametro pari o superiore a 2 1/2. - tutti i supporti a U a sostegno di tubazioni con peso pari o superiore a 10lbs/m. Le Normative USA citate fanno riferimento, per le considerazioni sopra indicate, a specificate categorie sismiche di progetto (Seismic Design Category) e a definiti fattori di importanza (I p ) degli edifici. Esistono delle eccezioni alle indicazioni di cui sopra; pertanto non sono richiesti ritegni sismici per: - i canali sospesi tramite supporti a cinghia, se la distanza tra la sommità della tubazione e l intradosso della struttura edile è uguale o inferiore a 12 (30cm); - i canali sostenuti da supporti a U, se la distanza tra la sommità del supporto e l intradosso della struttura edile di supporto è uguale o inferiore a 12 (30cm), a condizione che sia garantita una certa flessibilità del sistema. Le due condizioni qui sopra descritte devono essere rispettate in tutti i ritegni della generica canalizzazione, altrimenti è richiesta la presenza di controventi. Occorre inoltre il rispetto delle seguenti condizioni aggiuntive, per la validità delle eccezioni: - il materiale con cui sono realizzate le condutture deve essere di tipo duttile, così come devono esserlo i collegamenti tra i vari tronchi di canali; - gli spostamenti laterali del condotto devono essere di entità tale per cui non si devono verificare impatti contro altri elementi impiantistici (altri canali, tubazioni, apparecchiature, elementi edili portanti, ); - nel punto di connessione con la struttura edile, il supporto impiantistico non deve sviluppare coppie flettenti e torcenti. 2) Ogni tratta lineare deve essere controventata in direzione ortogonale alla direzione della tubazione con almeno 2 controventi trasversali. L interasse massimo tra due controventi trasversali consecutivi deve essere pari, al più, a 40ft (12,00m). 3) Ogni tratta lineare deve essere controventata in direzione parallela alla direzione della tubazione con almeno 1 controvento longitudinale. L interasse massimo tra due controventi longitudinali consecutivi deve essere pari, al più, a 80ft (24,00m).

23 7 4) Per tutte le tubazioni in ghisa, plastica o in materiale non duttile, l interasse tra due controventi trasversali consecutivi è pari, al più, a 20ft mentre tra due controventi longitudinali consecutivi è, al più, uguale a 40ft. 5) I supporti antisismici non devono impedire le dilatazioni e le contrazioni presenti nel sistema di tubazioni durante l esercizio dell impianto. Inoltre i controventi e le connessioni devono essere in grado di resistere alle azioni addizionali indotte dalle deformazioni termiche stesse. 6) Non è possibile controventare un impianto meccanico a due parti differenti della struttura edile che possono rispondere in modo diverso durante il sisma. 7) Per le tubazioni verticali, prevedere ritegni laterali in sommità, alla base e in un punto intermedio della tubazione stessa con distanza tra due ritegni consecutivi non superiore a 30ft (9,00m). Nel caso di tubazioni montanti in edifici aventi 6 o più piani, i supporti verticali singoli e i supporti laterali devono essere progettati. Riferimenti Bibliografici California Building Code CBC /2001/2007 International Building Code IBC /2003/2006 Uniform Building Code UBC Note La finalità di questo Documento è quella di fornire indicazioni in merito allo staffaggio antisismico per gli Impianti Meccanici di Ventilazione. Le indicazioni contenute in questo Elaborato, pertanto, sono di carattere generale e non intendono essere esaustive, precise o utilizzabili per ogni applicazione. Per informazioni più complete e dettagliate fare riferimento direttamente alle ultime edizioni pubblicate dei Codici Normativi citati nonché alle Normative effettivamente applicabili.

24 Guida Tecnica MEFA Antisismica per Impianti Antincendio Rev.0 Marzo_2011 MEFA Italia S.r.l. Via G.B. Morgagni, 16/B I Pogliano Milanese (MI) Tel.: Fax:

25 2 Generalità L impianto antincendio è una tipologia di impianto normalmente non-attivo ma che all occorrenza deve essere prontamente ed efficientemente funzionante al fine di evitare gravi rischi sia per le persone che per le cose. Pertanto le strutture secondarie di sostegno devono essere progettate e realizzate in modo tale da poter assicurare all impianto supportato non solo di non collassare ma di mantenere la propria funzionalità durante e subito dopo il manifestarsi di un evento sismico ed evitare la generazione di condizioni di pericolosità indotte dal sisma (questo è valido in particolar modo per tutti gli edifici definiti dalla Normativa vigente come strategici quali ospedali, caserme, stazioni di polizia, ). La funzionalità globale dell impianto può essere compromessa se le componenti che costituiscono il generico supporto non sono correttamente progettate per resistere alle azioni sismiche (inadeguatezza della resistenza degli ancoraggi, eccessivi spostamenti e deformazioni degli elementi di sostegno, movimenti relativi tra porzioni di impianto, ). Occorre quindi pensare e realizzare opportunamente le strutture di sostegno in modo che tutta la componentistica dell impianto sia in grado di soddisfare i requisiti di sicurezza sismica; tale richiesta si attua accoppiando al semplice supporto un efficace sistema di controventamento. Gli spostamenti indotti da un evento sismico sono causa di rotture e/o di perdita di funzionalità dell impianto stesso, quindi la fonte di danni per l impianto, danni che essenzialmente risultano essere di due tipologie: Diretti Indiretti Provocano il ferimento di persone causato dalla rottura e conseguente caduta al suolo dei condotti e dalla caduta di apparecchiature di impianto particolarmente pesanti e/o ingombranti. Provocano l interruzione dei servizi legati alla mancanza di climatizzazione e ricircolo aria, essenziali nelle strutture strategiche. Questi danni sono legati alle caratteristiche dei sistemi di supporto della componentistica dell impianto che occorre rendere adeguati. I supporti degli impianti devono essere progettati in modo che siano soddisfatti anche i seguenti requisiti di sicurezza, obiettivo dei quali è quello di eliminare o ridurre tutte quelle situazioni che possono rappresentare delle fonti di pericolo. Il rispetto di questi requisiti comporta, inoltre, la garanzia di mantenimento della funzionalità dell impianto in caso di terremoto. Fondamentali risultano essere: Stabilità Da garantire al fine di evitare rotture dei canali e ribaltamenti o spostamenti eccessivi delle varie apparecchiature. Funzionalità Da garantire poiché non ci devono essere interruzioni nel servizio.

26 3 Veloce riparabilità L impianto deve essere facilmente rimesso in esercizio in breve tempo. Assenza di perdite di fluido Devono essere evitate rotture di porzioni dell impianto che possono portare lo sversamento del fluido contenuto nello stesso creando così situazioni di pericolo e di mancanza di funzionalità. In ordine alle funzioni a cui è destinato l edificio in cui è collocato l impianto, i requisiti sopra menzionati dovranno essere soddisfatti, nella totalità o in parte, in maniera più o meno stringente; ad esempio nelle strutture edili dove sono svolte funzioni di pubblica utilità o dove si svolgono attività lavorative particolarmente pericolose per la pubblica incolumità, tutte le richieste elencate dovranno essere strettamente rispettate. L impianto antincendio si compone di vari elementi: questi ultimi devono tutti essere messi in sicurezza in caso di terremoto affinché sia sempre garantita l efficienza globale dell impianto. Occorre infatti adottare opportune misure e accorgimenti per eliminare tutte le criticità a cui questi elementi, che costituiscono degli elementi vulnerabili, sono assoggettati in caso di sisma. Le criticità (che essenzialmente sono legate allo schema distributivo dell impianto, alle modalità di installazione e all interazione con altri elementi impiantistici e non) che non possono essere risolte nella fase iniziale di progetto dell impianto devono essere eliminate con l esecuzione di efficaci sistemi di vincolo e bloccaggio. Le componenti principali dell impianto anti incendio variano in funzione delle diverse tipologie di impianto installato; elencati di seguito diversi tipi di impianti anti incendio con specifica della relativa componentistica: - Impianto idrico anti incendio (serbatoio/vasca di accumulo, gruppi di pompaggio, tubazioni fisse di distribuzione contenenti acqua) - Impianto sprinkler a umido (serbatoio/vasca di accumulo, gruppi di pompaggio, tubazioni fisse di distribuzione contenenti acqua, testine sprinkler, stazione di controllo) - Impianto sprinkler a secco (serbatoio/vasca di accumulo, gruppi di pompaggio, tubazioni fisse di distribuzione contenenti acqua, tubazioni fisse contenenti aria/gas inerte, testine sprinkler, stazione di controllo, alimentazione aria/gas) - Impianto water-mist (serbatoio/vasca di accumulo, tubazioni fisse, testine erogatrici, stazione di comando/controllo, alimentazione gas) - Impianto fisso con estinguenti gassosi

27 4 (tubazioni fisse, ugelli erogatori, stazione di comando/controllo, alimentazione gas estinguente) Qui di seguito l elenco, non esaustivo, di componenti tipici di questo impianto: Serbatoio/Contenitore di accumulo L elemento deve essere opportunamente vincolato tramite elementi di controvento in modo tale da resistere e garantire la tenuta quando sottoposto alle azioni orizzontali prodotte dal sisma. Il collegamento dei controventi deve essere efficace nei riguardi del trasferimento delle azioni sismiche alla struttura edile portante. Già in fase di impostazione progettuale dell impianto si possono proporre soluzioni ottimali per eliminare particolari criticità: ad esempio il posizionamento di questo elemento (che a causa della sua funzione ha un peso decisamente non trascurabile) possibilmente nei piani più bassi dell edificio in modo che le azioni sismiche agenti su esso siano di entità ridotta. Tale scelta comporta uno staffaggio antisismico più leggero essendo meno sollecitato. Gruppo di pompaggio L elemento deve essere opportunamente ancorato tramite tasselli alla struttura edile portante in modo che vi sia il pieno trasferimento delle azioni sismiche. Come per il Serbatoio, già in fase di impostazione progettuale dell impianto si può posizionare questo elemento nei piani più bassi dell edificio in modo che le azioni sismiche agenti su esso siano di entità ridotta. Tubazioni fisse L elemento deve essere opportunamente sostenuto tramite appositi supporti in modo che sia garantita la resistenza e il corretto trasferimento delle azioni sismiche alla struttura edile portante a cui la tubazione è collegata per il tramite dei sostegni. I possibili danneggiamenti che possono subire le tubazioni in presenza di terremoto sono essenzialmente rotture e perdite di tenuta causate dall interazione con altri elementi non strutturali e cadute al suolo di tronchi di tubazione. Testine sprinkler Testine erogatrici Le testine erogatrici devono essere protette contro il verificarsi di accidentali urti con altri elementi non strutturali che provocherebbero la rottura o perdite di tenuta alle stesse. Ad esempio, se fosse presente un controsoffitto occorrerà impedire il movimento relativo tra testine e controsoffitto stesso a scongiurare il verificarsi di interazioni tra questi due elementi (in particolare con i terminali di collegamento delle testine). Stazione di comando/controllo L elemento può cessare di funzionare essenzialmente se si ha mancanza di alimentazione elettrica e se si hanno rotture dovute all interazione con altri elementi non strutturali presenti nelle immediate vicinanze. La prima problematica è risolta prevedendo più sistemi di alimentazione tra loro indipendenti in modo che la funzionalità dell elemento sia sempre