Ascensori e terremoti: una (non)santa alleanza?

Gli esperti lavorano sui modi per evitare che le scosse del suolo causino disastri durante il trasporto verticale.

All'inizio, un nuovo ascensore panoramico ad Amburgo, in Germania, si bloccava regolarmente, anche senza terremoti, ma anche senza misure di protezione per l'ascensore. Quando una grande nave superava i moli di St. Pauli, le onde si propagavano nel terreno sabbioso su cui sorge il lungo edificio.

Tuttavia, i terremoti ora si verificano più frequentemente del previsto in Germania, Austria e Svizzera. Nei 30 giorni precedenti il ​​10 febbraio, la terra ha tremato in Germania e dintorni cinque volte, con una magnitudine di 3.0 o superiore della scala Richter e 31 volte tra 2.0 e 2.9, che le persone possono ancora percepire. Rilevanti per edifici o ascensori sono le zone sismiche da 0.0 bianche a 3.0 rosse contrassegnate nella figura.

ing. Stephan Störmer di TUV Austria e presidente del comitato austriaco 017 "Ascensori, scale mobili e marciapiedi mobili" di Austrian Standards International ASI ha approfondito l'argomento "Risk Factor Earthquake: Safe in Elevators?" all'ultimo TÜV Austria Elevator Day. In prossimità di tale evento, il 20 marzo 4.6 si è verificato il terremoto più violento in Austria degli ultimi 30 anni, di magnitudo 2021. Il metodo di calcolo della norma europea EN 81-77:2019 per il dimensionamento degli ascensori sotto le condizioni sismiche si basano su quelle della EN 1998-1 “Eurocodice 8: Progettazione di strutture per la resistenza ai terremoti”. Lo scopo della norma è proteggere la vita umana, limitare i danni e mantenere la funzione degli ascensori nelle strutture dopo l'impatto di un terremoto. La norma definisce quattro categorie, da 0 a 3 di resistenza ai terremoti per ascensori. L'accelerazione di dimensionamento, a seguito di un calcolo che tiene conto di un'ampia gamma di parametri, determina l'assegnazione ad una delle quattro categorie. "Prendiamo molto seriamente l'applicazione dello standard in Austria", ha affermato Störmer. Soprattutto nel caso di infrastrutture critiche ed edifici ad uso intensivo, come gli ospedali, per i quali il funzionamento di ascensori funzionanti è fondamentale, è necessario tenere conto del fattore di rischio per i terremoti e, naturalmente, delle necessarie contromisure. "Le possibili conseguenze non devono essere né sottovalutate, né tollerate", ha affermato Störmer.

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Götz Metzdorf, ingegnere strutturale presso Goldbeck Rhomberg in Austria e presidente di lunga data dell'ISO TC 178 Working Group 6 Study Group 6, "Ascensori e scale mobili soggetti a condizioni sismiche", elenca quattro fasi di pianificazione per un ascensore antisismico: 

1. Chiarire le interfacce dell'ascensore e dell'edificio, secondo EN 81-77 e con gli architetti dell'edificio
2. Considerazione delle influenze regionali sull'edificio e, quindi, per gli ascensori tramite gli allegati nazionali (NA) alla EN 1998-1
3. Simulazioni e calcoli (ad es. mediante 3D-FEM) per ancoraggi di macchine, funi, telai di automobili e scale mobili, tra gli altri
4. Il dimensionamento sismico speciale che, ad esempio, a Vienna, a causa delle diverse accelerazioni del terreno di riferimento per Vienna nord-orientale e sud-occidentale, porta a requisiti diversi per gli ascensori negli edifici.

Le misure risultanti per l'ascensore sono elencate nella EN 81-77, a seconda della categoria del terremoto, al fine di prevenire possibili danni agli ascensori causati da terremoti, come riporta in estratti il ​​produttore di ascensori KONE: “I supporti delle rotaie erano rotti o sono stati danneggiato. I cavi del limitatore di velocità erano rotti. Le guide dei rulli si sono rotte o si sono allentate.

Utilizzando simulazioni, come Design of Experiments (DOE) e Failure Mode and Effects Analysis (FMEA), i guasti vengono identificati nella fase di progettazione e vengono adottate misure tecniche per porvi rimedio per l'uso futuro dei prodotti per ascensori o scale mobili. Secondo Metzdorf, esempi comuni includono simulazioni di vibrazioni per ascensori e scale mobili negli edifici più alti, frequenze naturali e deformazioni delle scale mobili.

Secondo le linee guida di progettazione VDMA, gli architetti dovrebbero fornire al produttore di ascensori le seguenti informazioni: zona sismica, classe del terreno dell'edificio e, se applicabile, classe del substrato roccioso, secondo EN 1998-1 NA, coefficiente di significatività dell'edificio e dimensionamento o terreno di riferimento accelerazione. "Se l'ingegnere civile include la sicurezza antisismica nei suoi calcoli strutturali di un nuovo edificio fin dall'inizio, si possono prevedere costi aggiuntivi non superiori all'uno per cento", osserva Schindler, produttore svizzero di ascensori. Metzdorf guarda al futuro: "Il BIM (Building Information Modeling) contribuirà alla cooperazione tra i mestieri, ad esempio trasmettendo i parametri di dimensionamento necessari o le deformazioni dei livelli del pavimento".

Oltre alla pianificazione, particolarmente importante, secondo Metzdorf, è anche una buona gestione della qualità nella produzione e nella costruzione. Calcolato e disegnato è uno stato ideale dell'ascensore o della scala mobile: "Per garantire la sicurezza, è necessario mantenere le dimensioni dello spazio tra le parti relativamente in movimento, sia in officina che dopo il trasporto dei componenti in cantiere". Ciò può impedire che dita, vestiti o piedi di bambini vengano trascinati tra la porta e il vano o i gradini della scala mobile.

In caso di terremoto di categoria 0, non sono ancora necessarie misure tecniche aggiuntive nell'ascensore; il numero e la tipologia degli interventi tecnici sull'ascensore aumentano fino alla categoria sismica 3. Gli sviluppi più recenti offrono nuove possibilità. Ad esempio, Mitsubishi Electric Corp. a Tokyo ha sviluppato un dispositivo con un magnete permanente che “controlla in modo passivo l'oscillazione delle funi degli ascensori nei grattacieli causati da forti venti o terremoti di lunga durata. Consentendo agli ascensori di continuare a funzionare in tali condizioni, il nuovo dispositivo aiuta a stabilizzare le operazioni degli ascensori e contribuisce a un migliore comfort operativo”. Ascensori La Travasso AW GmbH in Svizzera si prende cura dei suoi ascensori antisismici per posizionare il contrappeso in modo che "non possa fuoriuscire dalle rotaie di guida, in modo da non essere colpiti dalla cabina dell'ascensore in caso di terremoto". I componenti del pozzo realizzati da Jäger Betonteile a Mengen, in Germania, sono collegati tra loro in aree soggette a terremoti, ad esempio in modo stretto.

Fondamentali per lo sviluppo e l'uso di ascensori e componenti antisismici non sono solo la loro progettazione, ma anche i test. Ad esempio, TK Elevator (TKE) ha dotato la sua torre di prova di 246 m a Rottweil, in Germania, con un pendolo attivo da 240 mT a 193 m per lo smorzamento. Questo può anche impostare la torre oscillante in modo che gli ingegneri di sviluppo possano simulare carichi di vento o terremoti.

Metzdorf sottolinea la sua convinzione che anche in caso di terremoti, i passeggeri nell'ascensore non subiranno danni se i requisiti delle norme sono soddisfatti. “La fune non si allenta, anche in caso di terremoti al di fuori della forza standard a causa dei punti di ritenuta. L'ascensore percorrerà in sicurezza i restanti 4-5 m fino al piano successivo. La scala mobile è spenta nel momento in cui si verifica il terremoto”.