Il dimensionamento di un supporto sismico per impianti può avvenire mediante l’utilizzo di Software di calcolo appositi, in maniera analoga a quanto avviene per il calcolo strutturale di un edificio.
Questi software consentono di definire nel dettaglio le geometrie degli elementi che compongono lo staffaggio, gli angolari di connessione ed il sistema di ancoraggio. Una volta applicati i carichi dati dal peso degli impianti e dai carichi sismici agenti, si effettua la verifica di ogni singola componente.
Tuttavia, nel caso di configurazioni semplici (tubazioni singole e schemi standard) può essere sufficiente una valutazione attraverso degli abachi di calcolo, che facciano riferimento a soluzioni precalcolate.
In questo articolo vediamo, passo dopo passo, un esempio concreto di calcolo manuale delle forze per una tubazione singola in acciaio di diametro DN50, piena d’acqua per lo Stato Limite di Salvaguardia della Vita SLV.
Nello specifico sarà calcolato l’interesse sismico dei sistemi di supporto per le controventature nelle due direzioni traversale e longitudinale, attraverso il metodo definito dalle Norme Tecniche delle Costruzioni del 2008 nel paragrafo 2.7.3 e 2.7.4, e sarà scelta la tipologia idonea tra quelle possibili.
I dati sulla costruzione
In primo luogo è necessario conoscere i dati relativi alla costruzione. Questi dati, nel caso di costruzioni progettate secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni, sono reperibili dal progetto strutturale della costruzione:
- Vita nominale dell’edificio Vn=50 anni (si assume pari a quella dell’impianto)
- Classe d’uso II (edifici con normali affollamenti, non destinati ad attività particolari)
- Coefficiente d’uso CU=1.00
- Periodo di riferimento Vr=Vn * CU = 50 anni
- Probabilità di eccedenza Pvr=10% Periodo di ritorno Tr= -Vr/In(1-PVr) = 475 anni
- Altezza edificio dal piano di fondazione H=12 m
- Edificio non isolato
I dati sul suolo della costruzione
Queste informazioni si riferiscono alle caratteristiche del sito dove sorge la costruzione. Come i precedenti, sono dati reperibili dal progetto delle strutture:
- Accelerazione adimensionale massima al sito per il periodo di ritorno α = ag/g= 0.247
- Fattore di amplificazione Fo = 2.414
- Categoria del sottosuolo C
- Coefficiente stratigrafico Ss = 1.342
- Coefficiente topografico St = 1.0 (Categoria topografica T1, suolo pianeggiante)
I dati dell’impianto
Per il calcolo della forza sismica agente è necessario conoscere il peso dell’impianto e la sua posizione altimetrica. Infatti, un impianto collocato in copertura è sottoposto ad un’accelerazione sismica più elevata rispetto ad un impianto collocato ad un piano inferiore.
- Massa lineare della tubazione w = 10 kg/m (tubo in acciaio DN50, pieno d’acqua, coibentato)
- distanza dal soffitto h= 0.25 m (da intradosso a baricentro del tubo)
- Quota del baricentro dell’impianto a partire dal piano di fondazione Z = H – h = 11.75 m ≈ H
- Interasse statico istatic = 2m, da cui deriva un carico per punto di fissaggio pari a W = 20 kg
- fattore di struttura qa=2 e periodo fondamentale di vibrazione dell’impianto Ta ≈ 0, ipotesi valide in presenza di sistemi opportunamente controventati e rigidi.
La valutazione del carico sismico orizzontale
Applicando la formula riportata di seguito, l’accelerazione adimensionalizzata Sa risulta pari a 0.8288 (ovvero amplificata più di 3 volte rispetto all’accelerazione al suolo).
Ipotizziamo un interasse sismico pari a iseismic= 4 m per ciascuna delle due direzioni (ovvero controventi longitudinali e trasversali alternati ogni 2 metri). Utilizzando per il calcolo la successiva formula, la forza sismica agente sarà pari a Fa = 0.165 kN.
Le forze agenti sui controventi sismici
Prendiamo in esame il seguente schema strutturale e le relative formule, trascurando il controvento trasversale 2, soggetto a sola compressione. Applicando le regole della trigonometria, si possono determinare le azioni agenti sul controvento 1 e sulla barra verticale, pari rispettivamente a S1 = 0.234 kN, ed S3 = 0.034 kN.
Essendo l’azione sismica agente nelle due direzioni, il controvento sarà comunque posizionato nei due versi, sia per la staffa sismica longitudinale che per quella trasversale. Inoltre, essendo la barra verticale in trazione non è necessario prevedere un sistema di irrigidimento, richiesto in caso di barra in compressione.
Il carico orizzontale nelle due direzioni è inferiore a 0.8 N, ed è quindi possibile utilizzare i tipologici di supporto R-SP-T e R-SP-L riportati nel Manuale di installazione d’impianti resistenti al sisma.
Qual è la tua applicazione sismica? Puoi chiederci un consiglio commentando questo articolo.