Test antisismici dell’ITC-CNR sul vetro

In caso di sisma il pericolo più alto per l’incolumità delle persone è rappresentato dal crollo degli edifici o di parti di essi, come pareti, finestre, vetri o porzioni di facciata.

Valutare il comportamento di un edificio non solo nelle sue parti strutturali, ma anche nei singoli elementi che lo compongono è fondamentale per assicurare un adeguato livello di sicurezza.

Il 24 maggio scorso la facciata a montanti e traversi Eku 50 Glass è stata sottoposta a prove sismiche con la nuova apparecchiatura in dotazione al Laboratorio di Componenti e Sistemi Edilizi dell’Istituto per le Tecnologie della Costruzione del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ITC-CNR) a San Giuliano Milanese. Si tratta di un’attrezzatura scientifica fortemente innovativa, inedita a livello europeo, capace di sollecitare in modo sia statico che dinamico porzioni di facciata in scala reale, valutando le prestazioni agli agenti atmosferici esterni, pre e dopo simulazione sismica.

Intervista all’Ing. Antonio Bonati – ricercatore dell’ITC-CNR

L’ingegner Antonio Bonati, Responsabile dell’Unità di Ricerca SG1 “Materiali, componenti e tecnologie di nuova concezione per una costruzione sicura e di elevate prestazioni, ci spiega nel dettaglio la particolarità della nuova apparecchiatura per prove sismiche e il test effettuato sulla facciata continua Eku 50 Glass.

Da quanto è attiva questa nuova apparecchiatura per prove sismiche? Cosa le rende innovativa rispetto ai test di altri laboratori di prova internazionali?

L’apparecchiatura per prove sismiche su facciate è stata collaudata a febbraio del 2017. Le particolarità che la rendono unica sono legate alle dimensioni, alle capacità di spostamento delle travi sismiche e alla possibilità di effettuare la valutazione delle prestazioni agli agenti atmosferici esterni, pre e dopo simulazione sismica. L’apparecchiatura consente di sollecitare in modo sia statico che dinamico porzioni di facciata di due piani Le due travi “sismiche”, che simulano le solette di primo e secondo livello superiore alla soletta di partenza, sono dotate di martinetti idraulici che ne permettono lo spostamento nel piano e fuori piano raggiungendo frequenze di 20 Hz. Il sistema di controllo permette di riprodurre anche spostamenti derivati da accelerogrammi di eventi sismici reali.

Che tipo di prova è stata eseguita il 24 maggio con la facciata del Gruppo Profilati?

Sulla facciata del Gruppo Profilati è stata eseguita una prova in conformità alla norma Americana AAMA 501.6-01 “Recommended dynamic test method for determining the seismic drift causing glass fallout from a wall system”. Tale prova permette di determinare il drift di piano (spostamento relativo tra i due livelli dell’edificio a cui è vincolata la facciata) per cui si verifica la caduta di frammenti di facciata. Per ottenere tale spostamento critico, viene applicata alla porzione di facciata, tramite le travi sismiche, una storia temporale di spostamenti (“crescendo test”). Il crescendo test è caratterizzato da una serie concatenata di cicli sinusoidali ad ampiezza gradualmente crescente fino a 150 mm, con frequenza variabile da 0,8 Hz (per spostamenti fino a 75 mm) a 0,4 Hz (per spostamenti superiori a 75 mm). Esso deve essere condotto senza interruzione fino a che non si verifica una delle condizioni critiche indicate nella norma AAMA, la più importante delle quali è la caduta di frammenti di vetro.

Che grado di resistenza ha fornito la facciata? È possibile dire che questa facciata resiste a un evento sismico fino a un grado x della scala Richter?

Durante il crescendo test la caduta del primo vetro si è avuta per uno spostamento pari a 120 mm. Non è possibile, in modo generico, fare riferimento a un valore della magnitudo di un evento sismico espresso attraverso la scala Richter. Per riprodurre il comportamento della facciata sull’apparecchiatura di prova e renderlo assimilabile a quello che si otterrebbe su un reale edificio è infatti necessario fare un analisi del comportamento della struttura dell’edificio stesso quando sottoposto ad azioni sismiche, in quanto gli spostamenti di piano sono ad esso correlati. Va detto che spostamenti pari a quelli ottenuti nella prova sono talmente alti che la maggior parte degli edifici si troverebbe già fortemente danneggiata strutturalmente, rendendo privo di significato l’ottenimento di prestazioni migliori della facciata.

Come si dovrebbe comportare una facciata continua durante un terremoto? Qual è il pericolo maggiore?

L’approccio alla valutazione di elementi non strutturali potenzialmente pericolosi per la sicurezza (pensiamo al crollo di vetri o porzione di facciata su utenti in fuga dall’edificio) si può condurre fissando, in analogia con l’analisi di elementi strutturali, limiti di servizio e limiti ultimi. Se per eventi (azioni) contenute si pretenderà il mantenimento di tutte o delle più importanti funzioni di una facciata (esempio tenuta all’acqua e permeabilità all’aria) per eventi di maggior intensità si riterranno accettabili danni maggiori (perdita di stabilità locali che richiederanno interventi più o meno importanti di manutenzione).

Cosa prescrive in merito la normativa italiana? E quella internazionale?

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M 14.01.2008), attualmente in vigore, prescrivono di verificare gli elementi costruttivi senza funzione strutturale il cui danneggiamento può provocare danni a cose o a persone (come ad esempio le facciate), per le azioni sismiche relative a ciascuno stato limite considerato (di esercizio o ultimo). Tali elementi devono essere in grado di mantenere la loro capacità autoportante nei confronti dei carichi verticali anche in condizioni fortemente deformate.

A livello internazionale, esistono diversi approcci per la progettazione e la verifica di elementi non strutturali, in genere basati anch’essi sulla definizione di criteri agli stati limite e sui requisiti che tali componenti devono soddisfare per le azioni sismiche specificate, imponendo limiti specifici sugli spostamenti di interpiano e particolari tolleranze nella progettazione dei dettagli costruttivi.

Avete in programma altri test? Quali obiettivi di ricerca vi ponete?

La ricerca nel campo del comportamento alle azioni sismiche delle facciate, e più in generale di elementi non strutturali che possono impattare sulla sicurezza, è oggi di forte interesse così come la valutazione della resilienza degli organismi edilizi e, su scala maggiore, di porzioni di costruito. Le sperimentazioni fatte finora circa il comportamento sismico di questi sistemi sono infatti molto ridotte e, nella maggior parte dei casi, limitate solo ad alcuni componenti (vedi interazione vetro-telaio). A fronte però dell’aumento della frequenza con la quale si verificano i terremoti e dell’entità dei danni che tali eventi provocano sulle persone e sugli edifici, è cresciuto in maniera esponenziale l’interesse sia degli organi addetti alla normazione che delle aziende produttrici del settore edile circa lo studio e l’analisi delle conseguenze che questi eventi catastrofici possono generare sull’ambiente costruito.

L’innovativa apparecchiatura che è stata appena realizzata presso i laboratori ITC permetterà certamente di dare un forte contributo alla ricerca in tale ambito.

Ottimo comportamento della facciata Eku 50 Glass nei test antisismici dell’ITC-CNR

La facciata, delle dimensioni reali di un piano, è stata realizzata utilizzando gli accessori e i componenti standard del sistema. Come ci spiega l’Ing. Antonio Bonati (vd. intervista allegata), ricercatore dell’ITC-CNR, su di essa è stata eseguita una prova «in conformità alla norma Americana AAMA 501.6-01 “Recommended dynamic test method for determining the seismic drift causing glass fallout from a wall system”. Tale prova permette di determinare il drift di piano (spostamento relativo tra i due livelli dell’edificio a cui è vincolata la facciata) per cui si verifica la caduta di frammenti di facciata. Per ottenere tale spostamento critico, viene applicata alla porzione di facciata, tramite le travi sismiche, una storia temporale di spostamenti (crescendo test)».

«Il crescendo test è caratterizzato da una serie concatenata di cicli sinusoidali ad ampiezza gradualmente crescente fino a 150 mm, con frequenza variabile da 0,8 Hz (per spostamenti fino a 75 mm) a 0,4 Hz (per spostamenti superiori a 75 mm). Esso deve essere condotto senza interruzione fino a che non si verifica una delle condizioni critiche indicate nella norma AAMA, la più importante delle quali è la caduta di frammenti di vetro».

Durante il crescendo test dell’Eku 50 Glass, la caduta del primo vetro si è avuta per uno spostamento pari a 120 mm. Pur non potendo fare riferimento a un valore di magnitudo espresso attraverso la scala Richter, gli spostamenti ottenuti nella prova «sono talmente alti che la maggior parte degli edifici si troverebbe già fortemente danneggiata dal punto di vista strutturale, rendendo privo di significato l’ottenimento di prestazioni migliori della facciata».

Il sistema Eku 50 Glass, quindi, oltre a semplificare al massimo la realizzazione delle varie tipologie di facciata, assicura un’elevata flessibilità, adattandosi ai movimenti di assestamento di un edificio in caso di fenomeni sismici, e rispettando quanto prescritto dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14 gennaio 2008), ovvero che gli elementi costruttivi senza funzione strutturale devono mantenere la loro capacità autoportante nei confronti dei carichi verticali anche in condizioni fortemente deformate.

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