La modellazione e l’analisi numerica di elementi non strutturali soggetti
ad azioni sismiche
Ing. Paolo Segala, CSPfea
Introduzione
Gli elementi non strutturali (impianti, controsoffitti, tamponature, tramezzature, facciate, scaffalature, etc.)
sono oggetto di progettazione ad azioni sismiche. Tuttavia essendo un territorio border line tra differenti
competenze, sono spesso un anello debole nella catena delle perdite per un evento catastrofale sismico.
Le NTC2008, le recenti Linee Guida a seguito del sisma dell’Emilia, e numerosi Codici internazionali (di
comprovata affidabilità), descrivono l’approccio da tenere nell’affrontare il tema.
Tuttavia l’esperienza e l’engineering judgement richiesto nell’affrontare le modellazioni ed i calcoli per il
proporzionamento di tali elementi non sono ancora di dominio dell’intera comunità degli strutturisti, che a
fatica dialogano con impiantisti (il mondo “MEP”) ed architetti: il mancato scambio di informazioni è una
delle principali cause di vulnerabilità sismica di tali componenti.
L’argomento è stato affrontato dal mondo accademico italiano che ha iniziato con i test di caratterizzazione
dei componenti dei vari sistemi non strutturali, per poi affrontare le simulazioni numeriche. Citare alcune
ricerche significa dimenticarne delle altre, e per non far torto ai molti bravi ricercatori italiani consiglio di
rivolgere l’attenzione agli atti dei Convegni ANIDIS o ai nomi presenti nei Comitati Scientifici, tra i quali cito
solo Ingegneria Sismica Italiana.
In campo internazionale, cito i lavori del Prof. Andre Filiatrault (Univ. New York Buffalo, USA), per la vastità
dei suoi lavori e delle attività del laboratorio della sua Università applicato ai Non Structural Element.
Nel presente articolo vengono presentati alcune tipologie di elementi non strutturali (Scaffalature,
Tamponature di Edifici Industriali, Tamponature dei fabbricati tradizionali, impianti di distribuzione con
tubazioni e canali), cercando di proporre alcuni elementi di attenzione nella corretta modellazione
numerica mediante software di calcolo, in attesa di una esaustivo documento di Buone Pratiche di
Modellazione che l’Autore sta preparando.
Si è cercato di riassumere in forma tabellare i requisiti di un software di calcolo per procedere a ciascuna
delle analisi indicate.
Per quanto possibile, viene inoltre proposta una rassegna di Normative e Linee Guida, soprattutto
internazionali, alle quali fare riferimento, sebbene le stesse siano sempre avare di indicazioni sul tema della
modellazione, che attiene più alla sensibilità e preparazione dell’ingegnere analista che affronta la
simulazione con il proprio software di calcolo. Si potranno consultare alcuni esempi di analisi numeriche
svolte da Professionisti italiani.
Il tema è solo all’inizio, ed è sicuramente una potenziale fonte di attività di progettazione e consulenze per
coloro che decideranno di affrontare anche uno solo di tali argomenti. Le normative nazionali
contribuiranno a dare impulso a questa nuova disciplina e siamo certi che la Revisione delle NTC2008 e le
Linee Guida per l’Agibilità definitiva (ex. L.122/2012), di cui auspico una rapida emissione, in quanto oramai
ad iter concluso, poteranno solide basi legali a tale attività di progettazione.
Il presente articolo è una introduzione al Manuale che verrà presentato in occasione del SAIE 2013 che è già
possibile prenotare presso il sito di CSPfea
Gli Elementi Non Strutturali
I componenti di un edificio si possono classificare in strutturali e non strutturali. Gli elementi strutturali di
un edificio sono quelli che resistono ai carichi gravitazionali, sismici, da vento, e altre tipologie. Questi
comprendono colonne, pilastri, travi, travetti, controventi, solette, pareti portanti, setti e fondazioni
(platee, travi rovesce, plinti e pali). Questa tipologia è in genere progettata e analizzata in dettaglio da un
ingegnere civile o strutturale. Gli elementi non strutturali invece, sono tutti quelli interni all’edificio, ad
eccezione degli elementi definiti Non Strutturali (in altre parole, tutto tranne le colonne, pavimenti, travi,
ecc.). Elementi non strutturali comuni includono tramezzature, tamponamenti, controsoffitti, finestre,
mobili, scaffalature, apparecchiature elettriche, termosifoni, canali di ventilazione, tubazioni varie ed in
generale gli impianti. Per la definizione di quali sono gli impianti posti a servizio degli edifici
(indipendentemente alla loro destinazione d’uso) si può far riferimento all’elenco nell’Art. 1.2 del D.M. 221-2008 n. 37, Ministero dello Sviluppo Economico riassunto in Tabella 1.
Tabella: Impianti (ex DM 37/2008, MiSE)
a) impianti di produzione, trasformazione, trasporto, distribuzione, utilizzazione
dell'energia elettrica, impianti di protezione contro le scariche atmosferiche, nonché gli
impianti per l'automazione di porte, cancelli e barriere;
b) impianti radiotelevisivi, le antenne e gli impianti elettronici in genere;
c) impianti di riscaldamento, di climatizzazione, di condizionamento e di refrigerazione
di qualsiasi natura o specie, comprese le opere di evacuazione dei prodotti della
combustione e delle condense, e di ventilazione ed aerazione dei locali;
d) impianti idrici e sanitari di qualsiasi natura o specie;
e) impianti per la distribuzione e l'utilizzazione di gas di qualsiasi tipo, comprese le
opere di evacuazione dei prodotti della combustione e ventilazione ed aerazione dei
locali;
f) impianti di sollevamento di persone o di cose per mezzo di ascensori, di
montacarichi, di scale mobili e simili;
g) impianti di protezione antincendio.
Il danno agli elementi non strutturali per il Pubblico e per il Privato
Esaminando la questione dal punto di vista Pubblico, si consideri che negli ultimi tre sismi italiani (Umbria
1997, L’Aquila 2009, Emilia 2012) con M>5, il “costo” dei tre eventi catastrofali è stato simile, pari a circa
12-15 Miliardi di € ciascuno, come dichiarato dal Prof. Mauro Dolce del Dipartimento della Protezione
Civile. Si tratta di un costo medio di 3 Miliardi € all’anno, negli ultimi 15 anni, dato tutt’altro che occasionale
e affatto trascurabile per l’economia nazionale. Tale dato, specie nel sisma dell’Emilia, ha una componente
accentuata (1/3) di danni finanziari legati al fermo produzione, spesso per danneggiamento dei componenti
non strutturali.
L’impatto finanziario Privato dei danni sismici ad elementi non strutturali e ad altri componenti costituisce
la maggior parte delle perdite finanziarie di un evento catastrofale sismico. Secondo una ricerca focalizzata
sulle attività produttive a cura della CCS Group Inc. americana, in un sisma le perdite superano tipicamente
il 50% del valore totale di una attività produttiva. L’impatto di tali perdite si riflette su: incolumità delle
persone, perdite o danni degli investimenti e proprietà, tempi di ripristino o ricostruzione, perdita della
funzionalità e conseguenti tempi di “fermo macchina”. Se si includono le perdite finanziarie causate
all’attività produttiva per danni agli elementi non strutturali si comprende come il fondamentale
parametro Expected Annual Loss (EAL), che classifica la vulnerabilità “economica” di un edificio, può
incrementarsi di molto, evidenziando la “fragilità” della stessa attività produttiva.
1. Scaffalature
Gli Stati Limite da considerare, in accordo alle NTC2008, dovrebbero essere lo SLV, considerando l’azione
sismica prevista per questo SL, controllando la formazione di collassi locali o globali. In quest’ambito lo SL di
Ribaltamento va controllato, con riferimento anche alla capacità della fondazione o della pavimentazione e
dei relativi ancoraggi con la scaffalatura. Ancora, lo SL di martellamento tra strutture adiacenti nonché di
spostamenti tali da indurre ad effetti del secondo ordine.
1.1 Analisi numeriche
Modellazione. Le strutture di scaffalature, nei casi più semplici, possono essere costituite da
montanti controventati in direzione trasversale e strutture resistenti a momento in direzione
longitudinale.
Inoltre, alcune Norme (es. le NEHRP) avvertono che pur essendo le scaffalature
geometricamente simili a strutture tradizionali intelaiate, le loro membrature e connessioni
hanno comportamenti inelastici significativamente diversi da quelli di un edificio. Ancora,
mancano, in genere, di diaframmi di piano dei quali invece beneficiano le costruzioni civili e
quindi vanno considerate come strutture con diaframmi flessibili (FEMA460, Par. 6.2.1 e Par.
6.3.2). Ulteriore cura andrà posta nella corretta valutazione dei baricentri delle masse portate
dalla struttura, che sono significativamente differenti dal piano di appoggio della scaffalatura,
ed alla loro modellazione con links che tuttavia non possono collegarsi all’ipotesi di piano
rigido.
Analisi. Sebbene le norme facciano riferimento all’applicazione di forze sismiche statiche
equivalenti applicate al modello strutturale (spesso un telaio tridimensionale), si arriva
necessariamente ad analizzare la struttura almeno con una analisi dinamica lineare, modale,
più appropriata per conoscere i periodi fondamentali di tali strutture ed eventuali modi locali al
fine di poter agire con l’ottimizzazione degli schemi strutturali. Dovrà essere giudicata la
sicurezza nei confronti di effetti del secondo ordine.
Tabella: requisiti software per analisi sismiche di scaffalature
Gestire geometrie 3D di scaffalature complesse;
Gestione GUI efficace di modelli con migliaia di elementi finiti;
Ampia gamma di elementi Link lineari e non lineari, anche isteretici, per la
simulazione di qualsiasi tipologia di connessione in campo non lineare
dissipativo
Efficacia nel considerare anche effetti di non linearità geometrica (2° Ordine
o P-) nelle suddette analisi
Possibilità di condurre analisi Nonlineari Statiche estraendo pattern di forze
derivanti da un solo modo di vibrare della struttura o da combinazioni lineari
di più modi.
Più algoritmi di estrazione degli auto valori (Ritz, Lanczos, Sub space
iteration, etc.);
Rapidità e semplicità di evidenziazione dei modi di vibrazione per
identificare “quasi labilità” di tutta o parte della struttura.
Trasparenza nella attivazione e disattivazione dell’ipotesi di piano rigido.
Analisi dinamica lineare di una scaffalatura metallica
1.2 Riferimenti Normativi e bibliografici per le Scaffalature
Come spesso accade, gli Stati Uniti sono precursori di una cultura legata al rischio sismico degli
elementi non strutturali. Tuttavia anche in altre parti del mondo e non ultimo in Italia, le Linee
Guida e Normative stanno moltiplicandosi, fornendo ultili riferimenti al progettista. Siamo in
attesa delle già citate Linee Guida ex L.122/2012, ad iter concluso, in attesa di emanazione,
dove viene trattato l’argomento scaffalature. Alcuni riferimenti circa le modalità di analisi e
verifica possono essere trovati nei seguenti documenti:
FEMA 460 – 2005 “Seismic Considerations for Steel Storage Racks located in Areas Accessible to
the Public”, è un documento pratico e utile al progettista come Linea Guida al fine di
determinare, tra l’altro, il “peso sismico” in funzione della percentuale di occupazione delle
scaffalature. I “worked example” riportati nella Guida dovrebbero essere sufficienti a
comprendere il metodo nei casi standard.
EN 1998-1:2004 (Eurocodice 8), dove si affronta anche il tema del fattore di struttura q. Per
scaffalature, tale fattore, a causa della scarsa capacità dissipativa viene suggerito tra 1.5 e 2.
MH16.1:2008 (Rack Manufacturer Institute - RMI) “Specification for Design, Testing and
Utilization of Industrial Steel Storage Racks”, che negli USA ha valore di norma tratta anch’essa
le considerazioni su q, peso sismico e ulteriori fattori di dissipazione delle scaffalature
metalliche.
Si confronti l’articolo di Sesana e Orsatti “Evoluzione e contenuti delle norme tecniche per la
progettazione antisismica delle scaffalature”, pubblicato su Ingenio.
2. Tamponature a pannelli prefabbricati
Anche le tamponature assumono notevole importanza in fase sismica, sia che queste siano in muratura,
oppure che siano prefabbricate in edifici industriali. Le tamponature possono essere collegate in vario
modo alla struttura portante, ed è proprio in base al tipo di collegamento, che viene determinato il
contributo di rigidezza che i tamponamenti forniscono all’intera struttura. Se il collegamento dei pannelli,
non permette uno scorrimento reciproco, questi, essendo molto più rigidi della struttura a telaio
sottostante, ne cambiano profondamente il comportamento.
2.1 Analisi numeriche
Modellazione. Dopo il sisma dell’Emilia (2012), molti sono stati i testi e le ricerche pubblicate
sul tema di una corretta modellazione ed analisi delle tamponature di edifici industriali
(capannoni). In sintesi si possono segnalare alcune avvertenze, demandando il lettore ad alcuni
testi. Per le costruzioni prefabbricate, occorre dedicare particolare attenzione:
1. alla determinazione di rigidezza, resistenza e spostamento ultimo (se necessario) dei
vincoli tra i vari elementi strutturali;
2. alla determinazione delle proprietà meccaniche e geometriche degli elementi non
strutturali e dei vincoli tra elementi non strutturali e struttura.
A livello globale occorre individuare lo schema resistente della costruzione e la sua capacità di
resistere oltre che alle azioni verticali, alle azioni orizzontali. Occorre altresì valutare la possibile
interazione tra gli elementi strutturali e non strutturali ed i conseguenti effetti sulla risposta
sismica della costruzione.
L’influenza degli elementi non strutturali, in particolare quella dei tamponamenti o degli
impianti molto rigidi, deve essere tenuta in debito conto, modellando adeguatamente tali
elementi sia in termini di massa che in termini di rigidezza. A tal proposito occorre tenere conto
dell’effettiva disposizione di questi pannelli o tubature, dell’effettivo grado di vincolo e della
disposizione dei collegamenti tra elementi non strutturali e struttura.
Tutti i collegamenti, sia quelli che fissano i pannelli di tamponamento, sia quelli che
sostengono gli impianti, devono essere modellati con le relative rigidezze.
Valutare la rigidezza di un collegamento, a volte può essere un’operazione non banale, ma
questa risulta essere un parametro fondamentale, soprattutto quando la struttura risulta
iperstatica.
Il proprio software di calcolo deve poter schematizzare i collegamenti utilizzando, ad esempio,
gli elastic link a cui è possibile assegnare una rigidezza diversa per ognuno dei sei gradi di
libertà.
Su questi link è possibile leggere le sollecitazioni e di conseguenza si possono dimensionare o
verificare.
Analisi. L’analisi numerica risulta critica specialmente nella simulazione del comportamento
sismico di strutture esistenti, al fine di determinare con maggiore precisione gli effettivi margini
di resistenza ai sismi previsti dalle recenti classificazioni sismiche del territorio. Studiare gli
elementi non strutturali, siano questi i pannelli di tamponamento o le tubazioni, con un’analisi
lineare può risultare troppo limitativo e poco performante. Spingendosi invece nel campo non
lineare si possono ottenere risultati più accurati e “veritieri” che tengono conto anche della
plasticità dei materiali.
Interazione di tamponature orizzontali con edificio prefabbricato
Tabella: requisiti software per analisi sismiche di tamponature a pannelli
prefabbricati
Gestire geometrie di pannelli murari mediante beam equivalenti o plate
element o Wall element;
Gestione dettagliata dei cinematismi con vasto range di elementi link
(elastici, plastici, isteretici) lungo i 6 gradi di libertà (DX, DY, DZ, RX, RY, RZ);
Ottime performance nel caso di esecuzione di analisi dinamiche non lineari
Efficacia nel considerare anche effetti di non linearità geometrica (2° Ordine
o P-) nelle suddette analisi.
Possibilità di condurre analisi Push-Over estraendo pattern di forze derivanti
da un solo modo di vibrare della struttura o da combinazioni lineari di più
modi sensibili
2.2 Riferimenti normativi e bibliografici per le tamponature a pannelli prefabbricati
Ampiamente conosciute sono le Linee Guida diffuse dopo il sisma dell’Emilia sul tema degli
edifici industriali sia da parte del Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori
Pubblici (“Valutazione della vulnerabilità e interventi per le costruzioni ad uso produttivo in zona
sismica“) che da parte di RELUIS et al. (“Linee di indirizzo per interventi locali e globali su edifici
industriali monopiano non progettati con criteri antisismici”).
Un esempio di modellazione completa di un capannone industriale con tamponature può
essere consultata sul Numero 9 di Structural Modeling in un articolo dell’Ing. Luca Monardi.
Un Documento a cui fare riferimento per la modellazione di strutture prefabbricate in CA è il
testo “Buone Pratiche di Modellazione dei Prefabbricati in Zona Sismica”.
3. Tamponature in muratura a blocchi
Passando ad un caso più noto agli ingegneri strutturisti che operano in zone sismiche da sempre, la
tamponatura può in alcuni casi diventare un elemento sufficientemente resistente e rigido da
interagire con il sistema strutturale principale, come nel caso di strutture miste muratura/telaio in
c.a. E’ sempre necessario verificare il cambiamento del comportamento dinamico della struttura
considerando o meno la presenza irrigidente della tamponatura. Il tema diventa quasi una sfida
quando le tamponature sono dotate di fori quali finestre, cavedii, porte, etc. In questi casi diventa
necessaria una buona modellazione che vada oltre l’utilizzo di elementi finiti monodimensionali, ma
che consideri, in maniera pratica ed affrontabile dall’analista, una simulazione della frattura degli
elementi sottoposti a trazione.
3.1 Analisi numeriche
Modellazione. Per una schematizzazione corretta del fenomeno si necessita l’utilizzo di tre
elementi.
Elementi beam verticali ed orizzontali per schematizzare travi e colonne. Elementi plate con
legame costitutivo non lineare (tipo Strumas) per schematizzare la muratura. Elementi di tipo
“compression only” per rappresentare quel fenomeno di contatto/distacco che avviene tra
pannello di muratura e telaio in c.a.
In particolare se per effetto di una spinta orizzontale il telaio si scontra con il pannello di
muratura i due elementi devono interagire scambiandosi spostamenti e sollecitazioni, al
contrario se si allontanano i due non devono interagire in nessun modo. Per quanto elementare
sia questo fenomeno, numericamente coinvolge diversi aspetti non banali: la non linearità della
muratura in contemporaneità ad un fenomeno di contatto/distacco per la quale servono degli
elementi non lineari ad hoc.
Analisi. I risultati sono interessanti su tre diversi fronti.
1. Lato muratura: si hanno una serie di informazioni che descrivono il comportamento e
danneggiamento dei pannelli. Le crocette nere indicano una plasticizzazione locale
dell’elemento, cioè un superamento in quel punto della tensione limite a trazione della
muratura (valore deciso dall’utente).
2. I segmenti colorati indicano le isostatiche di compressione, a questa mappa di colore viene
assegnato un valore tensionale di sola compressione ed il loro orientamento descrive la
fascia di muratura interessata dallo sforzo.
3. Contatto telaio/pannello: si evidenziano i soli risultati riguardanti gli elementi di contatto.
Gli elementi con valore nullo evidenziano una zona con fenomeno di allontanamento tra
telaio e muratura, al contrario dove avviene un contatto gli elementi forniscono il valore
della quantità di forza.
4. Lato telaio c.a.: la struttura mista conserva come aspetto strutturale fondamentale la
portanza del telaio in c.a. il quale oltre alle sollecitazioni indotte dall’aspetto dinamico delle
masse che deve sostenere, si aggiunge l’interazione degli elementi con la muratura di
tamponamento, che causa uno stravolgimento delle sollecitazioni ed in alcuni casi si
evidenziano picchi di taglio e momento flettente in prossimità delle estremità degli
elementi.
Da notare che la tamponatura essendo modellata con elementi bidimensionali plate può
schematizzare forature di qualsiasi forma e grandezza che andranno a influenzare la rigidezza
complessiva del pannello. Il metodo descritto va oltre le semplificazioni adottate per esempio
con il metodo a puntone equivalente a volte adottato per questo tipo di problematiche.
Tabella: requisiti software per analisi sismiche di tamponature
Gestire geometrie 2D di pannelli murari anche con aperture;
Controllo sull’adeguatezza della mesh per cogliere adeguatamente gli effetti
di fessurazione;
Materiali con modelli costitutivi che considerino la frattura a trazione
(Strumas, Total Strain Crack)
Più metodi di convergenza (ad es. Newton Raphson, Initial Stiffness, Secant
Stiffness, Arc-Lenght) per i modelli di materiale evoluti come il Total Strain
Crack
3.2 Riferimenti bibliografici per le tamponature in muratura a blocchi
Un esempio di modellazione di una tamponatura a blocchi può essere consultata sul Numero 4
di Structural Modeling in un articolo di Nicola Tarque Ruiz, Guido Camata, Enrico Spacone.
Un Documento a cui fare riferimento per la modellazione di murature considerando la
fessurazione a trazione è il testo di Carlo Tuzza “Analisi Non Lineare di Strutture in Muratura e
miste”.
Interazione della struttura in CA con tamponatura in blocchi di muratura e formazione delle fessure
Interazione della struttura in CA con tamponatura in blocchi di muratura
4. Tubazioni
Le tubazioni sono un elemento non strutturale molto diffuso. Le normative ASME B31 per tubazioni in
pressione utilizzano un a terminologia che può essere utile, differenziando tra “Process piping”, per le
tubature usate in processi industriali, e “Building Services Piping” utilizzate negli edifici. Un riferimento
normativo italiano riguarda gli impianti antincendio. Per la verifica in zona sismica di tali impianti si può
far riferimento alla Guida Tecnica “Linee di indirizzo per la riduzione della vulnerabilità sismica
dell’impiantistica antincendio” (edizione di aprile 2011) e ai documenti tecnici in essa richiamati. Per
impianti non ricadenti nel campo di applicazione della predetta Guida Tecnica, si può operare in
analogia, anche riferendosi alle indicazioni specifiche fornite dai produttori di componenti impiantistici.
Con una modellazione ed analisi tridimensionale FEM, spesso comprensiva di struttura ed impianto, è
possibile determinare il comportamento sia della struttura principale, degli elementi non strutturali ,
che dei relativi collegamenti.
4.1 Analisi numeriche
Modellazione. Si elencano alcune attenzioni da porre nella corretta modellazione.
In caso reti di tubazioni a geometria complessa e a grande sviluppo planimetrico (e talvolta
altimetrico), modellare tridimensionalmente delle geometrie dei fasci tubieri, in prima battuta
mediante elementi beam o pipe (quest’ultimi includono l’eventuale pressione interna del
fluido).
Modellare le strutture portanti quando si giudichi importante l’interazione cinematica. La
flessibilità delle strutture (in caso di strutture in acciaio, strutture prefabbricate in CA, strutture
complesse senza diaframma rigido di piano, strutture scollegate mediante giunti, etc)
interagisce con il passaggio dei tubi, induce spostamenti che si ripercuotono sull’impianto e che
possono essere più rilevanti, ai fini della verifica, delle semplici forze inerziali agenti sui tubi
(figlie della formula NTC2008, Par. 7.2.3., proposta nel Par. 7.2.4. “Criteri di progettazione degli
impianti”)
Quando i diametri delle tubature non sono trascurabili, l’elemento beam può non essere
ragionevole specie in curve e gomiti: le Norme prevedono fattori correttivi (FF Flexibility
Factor), oppure è possibile modellare parti di tubo con elementi plate.
Definire i punti di fissaggio/sostegno della rete alla struttura portante (o ad altri elementi non
strutturali) con adeguati “link” dotati di cinematismi, rigidezze e smorzamenti con valori
giustificati dall’analista.
Definire i giunti e i raccordi tra i tubi, sede di verifica della resistenza, e la possibile collocazione
di cerniere plastiche per analisi nonlineari.
Analisi. Per cogliere gli effetti sopra elencati, l’analisi dinamica lineare (modale con spettro di
risposta), applicata alla struttura + tubi, risulta spesso appropriata. Per cogliere i modi
interessanti la partecipazione dinamica delle masse dei tubi sarà necessario estrarre un gran
numero di autovalori, con l’accortezza di aver modellato i tubi suddividendoli in un numero
sufficiente di elementi monodimensionali.
L’analisi numerica risulta critica specialmente nella simulazione del comportamento sismico di
strutture esistenti, laddove l’analisi lineare potrebbe “fermarsi” al raggiungimento della prima
sollecitazione critica su un componente di fissaggio, senza evidenziare la “fragilità” della rete di
tubi, espressa ad esempio dal “first leakage” che avviene ad un determinato ciclo di ripetizione
della sollecitazione dinamica. In questi casi è possibile di determinare con maggiore precisione
gli effettivi margini di resistenza e di tenuta della rete di tubi mediante una analisi non lineare
dinamica della evoluzione progressiva del danno considerando cerniere isteretiche ai giunti
della rete.
Tabella: requisiti software per analisi sismiche di tubazioni
Gestire geometrie complesse nel 3D ed elevato numero di Elementi Finiti
(struttura e tubazioni nello stesso modello);
Gestione avanzata della mesh (funzioni avanzate di suddivisione) per
cogliere i modi locali di vibrazione delle tubazioni;
Calcolo corretto in presenza di modi disaccoppiati (dove il range delle
frequenze della struttura può essere diverso del range delle frequenze della
rete di tubazioni)
Corretta estrazione dei modi simmetrici
Avere ottime performance (velocità e precisione numerica) nell’estrazione di
auto valori (che possono raggiungere il migliaio)
Strumenti GUI di controllo dell’effettiva partecipazione delle masse delle
tubazioni.
Possibilità di eseguire analisi Non Linear Time History con cerniere
isteretiche (es. Takeda)
4.2 Riferimenti Normativi per le tubazioni
Le NTC2008 considerano gli impianti al Par. 7.2.4. “Criteri di progettazione degli impianti”. Utili
elementi per le verifiche di impianti in zona sismica potranno essere desunte con ogni
probabilità dalle Linee Guida per la messa in sicurezza in via definitiva dei capannoni a cura del
C.S.LL.PP., oramai redatta e in attesa di pubblicazione.
Min. Interno, Dip. VV.FF. Guida Tecnica “Linee di indirizzo per la riduzione della vulnerabilità
sismica dell’impiantistica antincendio” (12/2011).
EN 13480-3:2002 “Metallic industrial piping, Part 3: Design and calculation”, esamina
estensivamente I requisiti per una corretta modellazione. In particolare al Par. 12.2.10.3 “Basic
assumptions and requirements” si affronta la modellazione. L’Annesso A “Dynamic analysis”
avverte del problema dello spostamento relativo dei supporti ed ancoraggi durante l’evento
sismico (A.2.1.7 “Seismic support displacement”).
ASME B31.3-2002 “Process piping”, esamina le tubature utilizzate nei processi industriali
(petrolifero, chimico, farmaceutico, tessile, cartario, etc), e fa riferimento alle azioni sismiche in
accordo ad ASCE 7 o all’UBC ed ad analisi simiche statiche o dinamiche, analogamente ad ASME
B31.9-2008 “Building Services Piping”.
4.3 Esempi
Per consultare un esempio di “Analisi sismica dei sistemi di tubazioni di raffinerie petrolifere”, è
possibile consultare l’articolo di Fabrizio Paolacci sul Numero 6 di Structural Modeling.
Analisi comparativa tra impianto in acciaio e impianto in sandwich di poliuretano
Analisi spostamenti impianto di condizionamento con canali aeraulici
Interazione struttura con impianto aeraulico