LA PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI ANTINCENDIO IN RELAZIONE ALLE NORMATIVE ANTISISMICHE

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1 LA PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI ANTINCENDIO IN RELAZIONE ALLE NORMATIVE ANTISISMICHE Dott. Ing. Luca PONTICELLI Direzione Centrale per la Prevenzione e la Sicurezza Tecnica Area Protezione Passiva Rimini, 22 maggio 2015

2 SOMMARIO PRESCRIZIONI DELLE N.T.C L ESPERIENZA OPERATIVA DEI VIGILI DEL FUOCO LA GUIDA TECNICA DEL CORPO NAZIONALE DEI VIGILI DEL FUOCO ACCORGIMENTI COSTRUTTIVI

3 PRESCRIZIONI DELLE N.T.C. 2008

4 2 SICUREZZA E PRESTAZIONI ATTESE 2.1 PRINCIPI FONDAMENTALI. La fornitura di componenti, sistemi o prodotti, impiegati per fini strutturali, deve essere accompagnata da un manuale di installazione e di manutenzione da allegare alla documentazione dell opera. I componenti, sistemi e prodotti, edili od impiantistici, non facenti parte del complesso strutturale, ma che svolgono funzione statica autonoma, devono essere progettati ed installati nel rispetto dei livelli di sicurezza e delle prestazioni di seguito prescritti. Le azioni da prendere in conto devono essere assunte in accordo con quanto stabilito nei relativi capitoli delle presenti norme. In mancanza di specifiche indicazioni, si dovrà fare ricorso ad opportune indagini, eventualmente anche sperimentali, o a normative di comprovata validità.

5 2.2 STATI LIMITE STATI LIMITE ULTIMI (SLU) I principali Stati Limite Ultimi, di cui al 2.1, sono elencati nel seguito: a) perdita di equilibrio della struttura o di una sua parte; b) spostamenti o deformazioni eccessive; c) raggiungimento della massima capacità di resistenza di parti di strutture, collegamenti, fondazioni; d) raggiungimento della massima capacità di resistenza della struttura nel suo insieme; e) raggiungimento di meccanismi di collasso nei terreni; f) rottura di membrature e collegamenti per fatica; g) rottura di membrature e collegamenti per altri effetti dipendenti dal tempo; h) instabilità di parti della struttura o del suo insieme; Altri stati limite ultimi sono considerati in relazione alle specificità delle singole opere; in presenza di azioni sismiche, gli Stati Limite Ultimi sono quelli precisati nel STATI LIMITE DI ESERCIZIO (SLE) I principali Stati Limite di Esercizio, di cui al 2.1, sono elencati nel seguito: a) danneggiamenti locali (ad es. eccessiva fessurazione del calcestruzzo) che possano ridurre la durabilità della struttura, la sua efficienza o il suo aspetto; b) spostamenti e deformazioni che possano limitare l uso della costruzione, la sua efficienza e il suo aspetto; c) spostamenti e deformazioni che possano compromettere l efficienza e l aspetto di elementi non strutturali, impianti, macchinari; d) vibrazioni che possano compromettere l uso della costruzione; e) danni per fatica che possano compromettere la durabilità; f) corrosione e/o eccessivo degrado dei materiali in funzione dell ambiente di esposizione; Altri stati limite sono considerati in relazione alle specificità delle singole opere; in presenza di azioni sismiche, gli Stati Limite di Esercizio sono quelli precisati nel

6 3.2 AZIONE SISMICA STATI LIMITE E RELATIVE PROBABILITÀ DI SUPERAMENTO Nei confronti delle azioni sismiche gli stati limite, sia di esercizio che ultimi, sono individuati riferendosi alle prestazioni della costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali e gli impianti. Gli stati limite di esercizio sono: - Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti 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, 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 sono: - 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.

7 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA T R VR ln1 P V R Es: SLV per edificio civile (V N = 50 anni, Classe II (C U = 1,0); PVR = 10%; T R = -50/ln(1-0,1) = 475 anni T R =30 T R =50 T R =72 T R =101 ID LON LAT a g F o * T C a g F o * T C a g F o * T C a g F o * T C ,509 43,847 0,430 2,54 0,24 0,529 2,55 0,25 0,599 2,58 0,26 0,684 2,56 0,27 T R =140 T R =201 T R =475 T R =975 T R =2475 a g F o * T C a g F o * T C a g F o * T C a g F o * T C a g F o * T C 0,768 2,57 0,28 0,906 2,49 0,28 1,289 2,37 0,29 1,640 2,38 0,30 2,177 2,40 0,31

8 APPROFONDIMENTO La probabilità p n che, un evento casuale che si presenta mediamente y volte in un periodo di riferimento V R, si manifesti n volte nello stesso periodo è data dalla legge di Poisson: p n = y n /n! e -y y = l V R (l = frequenza di accadimento) T R = 1/l = V R /y = periodo di ritorno y = V R /T R quindi: quindi: sostituendo: p n = (V R /T R ) n /n! e -(V R/T R ) La probabilità che un evento non si verifichi mai nel periodo di riferimento (n = 0) V R vale pertanto: p 0 = e -(V R/T R ) La probabilità che l evento si manifesti almeno una volta nel medesimo periodo di riferimento V R vale: p = 1-e -(V R/T R ) quindi: e -(V R/T R) = 1-p; -(VR/TR) = ln(1-p) T R = -V R /ln(1-p) ossia:

9 MAPPA DI PERICOLOSITÀ SISMICA IN ITALIA

10 3 AZIONI SULLE COSTRUZIONI CARICHI PERMANENTI NON STRUTTURALI Sono considerati carichi permanenti non strutturali i carichi non rimovibili durante il normale esercizio della costruzione, quali quelli relativi a tamponature esterne, divisori interni, massetti, isolamenti, pavimenti e rivestimenti del piano di calpestio, intonaci, controsoffitti, impianti ed altro, ancorché in qualche caso sia necessario considerare situazioni transitorie in cui essi non siano presenti. Essi devono essere valutati sulla base delle dimensioni effettive delle opere e dei pesi dell unità di volume dei materiali costituenti. In linea di massima, in presenza di orizzontamenti anche con orditura unidirezionale ma con capacità di ripartizione trasversale, i carichi permanenti portati ed i carichi variabili potranno assumersi, per la verifica d insieme, come uniformemente ripartiti. In caso contrario, occorre valutarne le effettive distribuzioni. I tramezzi e gli impianti leggeri di edifici per abitazioni e uffici possono assumersi, in genere, come carichi equivalenti distribuiti, purché i solai abbiano adeguata capacità di ripartizione trasversale CARICHI VARIABILI (Sovraccarichi) In presenza di carichi atipici (quali macchinari, serbatoi, depositi interni, impianti, ecc.) le intensità devono essere valutate caso per caso, in funzione dei massimi prevedibili: tali valori dovranno essere indicati esplicitamente nelle documentazioni di progetto e di collaudo statico.

11 8.2 CRITERI GENERALI (Per quanto non diversamente specificato nel presente capitolo), le disposizioni di carattere generale contenute negli altri capitoli della presente norma costituiscono il riferimento anche per le costruzioni esistenti. Nel caso di interventi non dichiaratamente strutturali (impiantistici, di ridistribuzione degli spazi, ecc.) dovrà essere valutata la loro possibile interazione con gli SLU e gli SLE della struttura o parti di essa CRITERI E TIPI D INTERVENTO Interventi su parti non strutturali ed impianti sono necessari quando, in aggiunta a motivi di funzionalità, la loro risposta sismica può mettere a rischio la vita degli occupanti o produrre danni ai beni contenuti nella costruzione. Per il progetto di interventi atti ad assicurare l integrità di tali parti valgono le prescrizioni fornite nei e

12 7 PROGETTAZIONE PER AZIONI SISMICHE 7.1 REQUISITI NEI CONFRONTI DEGLI STATI LIMITE Sotto l effetto delle azioni sismiche definite nel 3.2, deve essere garantito il rispetto degli stati limite ultimi e di esercizio, quali definiti al ed individuati riferendosi alle prestazioni della costruzione nel suo complesso, includendo il volume significativo di terreno, le strutture di fondazione, gli elementi strutturali, gli elementi non strutturali, gli impianti. In mancanza di espresse indicazioni in merito, il rispetto dei vari stati limite si considera conseguito: - nei confronti di tutti gli stati limite di esercizio, qualora siano rispettate le verifiche relative al solo SLD; - nei confronti di tutti gli stati limite ultimi, qualora siano rispettate le indicazioni progettuali e costruttive riportate nel seguito e siano soddisfatte le verifiche relative al solo SLV. Fanno eccezione a quanto detto le costruzioni di classe d uso III e IV, per gli elementi non strutturali e gli impianti delle quali è richiesto anche il rispetto delle verifiche di sicurezza relative allo SLO, quali precisate nei e

13 LE NUOVE NTC

14 7.3.7 CRITERI DI VERIFICA AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO CRITERI DI VERIFICA AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO Le verifiche nei confronti degli stati limite di esercizio degli elementi strutturali, degli elementi non strutturali e degli impianti si effettuano rispettivamente in termini di resistenza, di contenimento del danno e di mantenimento della funzionalità Verifiche degli elementi strutturali in termini di contenimento del danno agli elementi non strutturali In caso di coesistenza di diversi tipi di tamponamenti o struttura portante nel medesimo piano della costruzione, deve essere assunto il limite di spostamento più restrittivo. Qualora gli spostamenti di interpiano siano superiori a 0,005 h (caso b) le verifiche della capacità di spostamento degli elementi non strutturali vanno estese a tutti i tamponamenti, alle tramezzature interne ed agli impianti Verifiche degli impianti in termini di mantenimento della funzionalità Per le costruzioni ricadenti in classe d uso III e IV, si deve verificare che gli spostamenti strutturali o le accelerazioni (a seconda che gli impianti siano più vulnerabili per effetto dei primi o delle seconde) prodotti dalle azioni relative allo SLO non siano tali da produrre interruzioni d uso degli impianti stessi.

15 7.3.6 CRITERI DI VERIFICA AGLI STATI LIMITE ULTIMI CRITERI DI VERIFICA AGLI STATI LIMITE ULTIMI Le verifiche nei confronti degli stati limite ultimi degli elementi strutturali, degli elementi non strutturali e degli impianti si effettuano in termini di resistenza e di duttilità Verifiche degli elementi non strutturali e degli impianti 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 F a (v ) corrispondente allo SLV. Per ciascuno degli impianti principali, gli elementi strutturali che sostengono e collegano i diversi elementi funzionali costituenti l impianto tra loro ed alla struttura principale devono avere resistenza sufficiente a sostenere l azione della F a (v ) corrispondente allo SLV.

16 7.2.3 CRITERI DI PROGETTAZIONE DI ELEMENTI STRUTTURALI SECONDARI ED ELEMENTI NON STRUTTURALI Le NTC del 14/01/2008 prevedono che gli elementi non strutturali e gli impianti vengano valutati dal punto di vista antisismico: occorre valutare il carico sismico da applicare al baricentro dell elemento considerato: F a è la forza sismica orizzontale da applicare nella direzione più sfavorevole W a è il peso dell elemento q a è il fattore di struttura dell elemento (1 per elementi aggettanti a mensola come camini o parapetti collegati alla struttura solamente alla base - 2 negli altri casi: pannelli di tamponamento e controsoffitti) Sa è il coefficiente sismico funzione dell altezza del piano e della sua frequenza propria as è l accelerazione di progetto al terreno riferita a g Z è l altezza del baricentro dell elemento rispetto alla fondazione (per le strutture con isolamento sismico Z=0) H è l altezza della struttura T a è il primo periodo di vibrazione dell elemento non strutturale nella direzione considerata T 1 è il primo periodo di vibrazione della struttura nella direzione considerata A x3 A x2 A x1 A xg

17 FATTORI DI STRUTTURA PER ELEMENTI NON STRUTTURALI

18 UN ESEMPIO Edificio monopiano (es. capannone industriale) Z/H = 1 Pannello rigidamente fissato ad una struttura flessibile T a /T 1 = 0 S a = 2,5 a S F a = 2,5 a S W a /q a a = 0,25 a = 0,25 q a = 2 q a = 1 S = 1,0 S = 1,4 F a = 2,5 0,25 1,0 W a /2 0,3 W a F a = 2,5 0,25 1,4 W a /1 0,9 W a

19 7.2.4 CRITERI DI PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI Ciascun elemento di un impianto che ecceda il 30% del carico permanente totale del solaio su cui è collocato o il 10% del carico permanente totale dell intera struttura, non ricade nelle prescrizioni successive e richiede uno specifico studio. Gli elementi strutturali che sostengono e collegano i diversi elementi funzionali costituenti l impianto tra loro e alla struttura principale devono essere progettati seguendo le stesse regole adottate per gli elementi costruttivi senza funzione strutturale ed illustrate nel paragrafo precedente. L effetto dell azione sismica sull impianto, in assenza di determinazioni più precise, può essere valutato considerando una forza (F a ) applicata al baricentro di ciascuno degli elementi funzionali componenti l impianto, calcolata utilizzando le equazioni (7.2.1) e (7.2.2). Gli eventuali componenti fragili debbono essere progettati per avere resistenza doppia di quella degli eventuali elementi duttili ad essi contigui, ma non superiore a quella richiesta da un analisi eseguita con fattore di struttura q pari ad 1. Gli impianti non possono essere vincolati alla costruzione contando sull effetto dell attrito, bensì debbono essere collegati ad essa con dispositivi di vincolo rigidi o flessibili; gli impianti a dispositivi di vincolo flessibili sono quelli che hanno periodo di vibrazione T ³ 0,1s. Se si adottano dispositivi di vincolo flessibili i collegamenti di servizio dell impianto debbono essere flessibili e non possono far parte del meccanismo di vincolo. Deve essere limitato il rischio di fuoriuscite incontrollate di gas, particolarmente in prossimità di utenze elettriche e materiali infiammabili, anche mediante l utilizzo di dispositivi di interruzione automatica della distribuzione del gas. I tubi per la fornitura del gas, al passaggio dal terreno alla costruzione, debbono essere progettati per sopportare senza rotture i massimi spostamenti relativi costruzione terreno dovuti all azione sismica di progetto.

20 LE NUOVE NTC

21 7.10 COSTRUZIONI E PONTI CON ISOLAMENTO E/O DISSIPAZIONE Verifiche agli stati limite di esercizio Le eventuali connessioni, strutturali e non, particolarmente quelle degli impianti, fra la struttura isolata e il terreno o le parti di strutture non isolate, devono assorbire gli spostamenti relativi corrispondenti allo SLD senza subire alcun danno o limitazione d uso Verifiche agli stati limite ultimi Verifiche allo SLV Nelle costruzioni di classe d uso IV, le eventuali connessioni, strutturali e non, particolarmente quelle degli impianti, fra la struttura isolata e il terreno o le parti di strutture non isolate devono assorbire gli spostamenti relativi previsti dal calcolo, senza danni Verifiche allo SLC In tutte le costruzioni, le connessioni del gas e di altri impianti pericolosi che attraversano i giunti di separazione debbono essere progettate per consentire gli spostamenti relativi della sovrastruttura isolata, con lo stesso livello di sicurezza adottato per il progetto del sistema d isolamento.

22 L ESPERIENZA OPERATIVA DEI VIGILI DEL FUOCO per gentile concessione del dott. ing. Nicola Micele Dirigente del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco

23 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI INTERNI Distacco di corpo illuminante

24 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI INTERNI Danneggiamento d impianto

25 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI INTERNI Danneggiamento d impianto

26 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI INTERNI Danneggiamento di rivestimento a soffitto

27 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI INTERNI Danneggiamento di rivestimento a soffitto

28 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI INTERNI Caduta di mobilio e di elementi d arredo

29 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI ESTERNI Danneggiamento fornitura

30 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI ESTERNI Danneggiamento d impianto

31 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI ESTERNI Danneggiamento d impianto

32 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI ESTERNI Danneggiamento d impianto

33 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI ESTERNI Danneggiamento di infrastruttura viaria principale

34 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI ESTERNI Danneggiamento d impianto

35 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI ESTERNI Danneggiamento di elementi non strutturali di un capannone industriale

36 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI ESTERNI Danneggiamento di elementi non strutturali

37 CRITICITÀ SISMICHE RILIEVI E RISCONTRI ESTERNI Danneggiamento di impianti

38 CURIOSITÀ: L ESPERIENZA IN NEPAL Peak ground acceleration for 10% probability of exceedance in 50 years ZONA V: 0,36g

39 PGA (prob. 10% IN 50 ANNI - T R 475 anni)

40 LA GUIDA TECNICA DEL CORPO NAZIONALE DEI VIGILI DEL FUOCO

41 Approvate dal C.C.T.S. Pubblicate con Lettera- Circolare M.I. n.4621 del 16 aprile 2012 Trasmesse al Ministero Infrastrutture

42 VULNERABILITÀ DEGLI IMPIANTI E DELLE COMPONENTI NON STRUTTURALI esternamente agli edifici: rottura o schiacciamento di tubazioni interrate a causa di assestamenti o effetti di liquefazione che hanno provocato cedimenti del suolo; consegne inadeguate di acqua in termini di volume e pressione, determinate da danni al sistema acquedottistico. internamente agli edifici: rottura delle tubazioni verticali (colonne montanti) a causa di forti spostamenti interpiano; distacco dai relativi punti di ancoraggio dei ganci di sostegno dei tubi; estrazione degli elementi di ancoraggio tra ganci e struttura dell edificio a causa del carico sismico; rottura delle testine degli sprinkler a causa dell impatto con elementi strutturali o non strutturali adiacenti (ad es. pannelli di controsoffitto); compromissione della tenuta di collegamenti e giunzioni di tubi; danneggiamento di tubazioni che attraversavano giunti sismici non progettate per sopportare movimenti differenziali; strappo di tubazioni dovute al trattenimento per ammorsamento alle pareti attraversate; tubazioni di impianti sospese a pavimento o a soffitto, non adeguatamente controventate, che sotto l azione sismica hanno subito forti oscillazioni caricando fortemente i punti di ancoraggio e determinando danni di impatto sia sulle tubazioni che sulle testine; crollo parziale delle tubazioni per rottura dei ganci e fuoriuscita dai supporti a causa della ciclicità di grandi spostamenti.

43 LA GUIDA IN 6 STEP STABILIRE LO SCENARIO DI INSTALLAZIONE DELL IMPIANTO I, II, IIIa, IIIb, IV (tab. 4) INDIVIDUARE LA CLASSE DI PERICOLOSITÀ DEL SITO (tab. 3) RICAVARE IL LIVELLO DI RICHIESTA PRESTAZIONALE (tab. 4) INDIVIDUARE L IMPIANTO ED I SUOI REQUISITI MINIMI (tabb. 5 E 1) DEFINIRE NEL DETTAGLIO GLI INTERVENTI SUI COMPONENTI DELL IMPIANTO (app. A) DEFINIRE NEL DETTAGLIO GLI INTERVENTI SUI DISPOSITIVI DI VINCOLO E SUI GIUNTI - da adattare alle azioni sismiche - (app. B)

44 STEP 1 Definire lo scenario di installazione mediante categorizzazione

45 STEP 2 Individuare la classe di pericolosità del sito

46 STEP 3 Ricavare il livello di richiesta delle prestazioni!

47 STEP 4 Definire i requisiti minimi di sicurezza degli impianti

48 STEP 4 (segue) essendo:

49 STEP 5 Definire i requisiti minimi di sicurezza degli impianti (Allegato A)

50 STEP 6 Definire i criteri generali di progettazione antisismica (Allegato B)

51 ACCORGIMENTI COSTRUTTIVI

52 LA PROGETTAZIONE ANTISISMICA Isolatori sismici per garantire un movimento orizzontale del fabbricato sostanzialmente indipendente dal moto del terreno

53 LA PROGETTAZIONE ANTISISMICA Giunto flessibile per il collegamento dell impianto idrico dell edificio all acquedotto cittadino Giunto flessibile per il collegamento della fornitura elettrica dell edificio al cavidotto dell Enel

54 LA PROGETTAZIONE ANTISISMICA Giunto flessibile per il collegamento della fornitura del gas Giunto flessibile per il collegamento delle reti di scarico

55 LA PROGETTAZIONE ANTISISMICA Giunto flessibile per il collegamento dell impianto termico di riscaldamento Sottocentrale idrica sospesa e solidale alla piastra

56 RIFERIMENTI NORMATIVI DELLA GUIDA

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60 Grazie per l attenzione Dott. Ing. Luca PONTICELLI