Ascensori e Terremoti: EN 81-77

Una revisione delle misure di protezione dei requisiti negli ascensori

Astratto

Due grandi terremoti si sono verificati in Türkiye il 6 febbraio 2023. I livelli dei terremoti sono stati di 7.8 Mw e 7.5 Mw e sono stati molto distruttivi. Morirono più di 40,000 persone e città, paesi e villaggi furono completamente distrutti. 

Ho visitato la zona sismica subito dopo il terremoto e ho visto che la maggior parte degli edifici erano completamente crollati. Ma cosa è successo agli ascensori negli edifici che erano in piedi? Nella maggior parte dei casi, i telai dei contrappesi separati dalle guide, le funi di sospensione separate dalle pulegge e i cavi mobili sono stati danneggiati. 

Il contenuto di questo documento descrive in dettaglio le misure di protezione del requisito EN 81-77 negli ascensori. Che cos'è l'accelerazione della progettazione (a_d) e come viene calcolato? Esamineremo le informazioni della EN 1998-1 richieste per il calcolo di a_d. Come vengono definite le zone sismiche sulla base di a_d si vedrà. Saranno riviste le misure di protezione per gli ascensori in ciascuna zona sismica. 

1. introduzione

I terremoti rappresentano un grave disastro naturale per molti paesi e città in tutto il mondo, come la costa occidentale degli Stati Uniti e del Canada, l’Italia, l’Islanda, i Balcani, la Turchia, la costa orientale del Mar Mediterraneo, l’Iran, il Pakistan, l’Asia centrale, il sud-est Asia, tutta l'America Centrale e la costa occidentale del Sud America. Circa 1.6 miliardi di persone nel mondo vivono in aree ad alto rischio sismico.

Nel corso di centinaia di anni, l’umanità ha sviluppato misure per costruire strutture in grado di resistere ai terremoti. Anche l’industria del trasporto verticale (VT) ha sviluppato misure per mantenere sicuri ascensori e scale mobili in caso di terremoto. Principalmente, le normative europee, nordamericane e giapponesi stanno guidando gli sforzi per migliorare la sicurezza degli ascensori durante un terremoto.

La EN 81-77 è la norma europea e descrive le norme di sicurezza e i requisiti per la resistenza sismica degli ascensori per passeggeri e merci in conformità alla norma EN 1998-1. La norma EN 81-77 mira a evitare la perdita di vite umane, ridurre gli infortuni, prevenire l'intrappolamento nella cabina, prevenire danni e problemi ambientali e ridurre il numero di ascensori che smettono di funzionare dopo un terremoto.

2. Accelerazione della progettazione

Accelerazione della progettazione (a_d) è l'accelerazione orizzontale derivante da eventi sismici e viene utilizzata per calcolare le forze agenti sugli ascensori. È una funzione dell'accelerazione del suolo, del comportamento del suolo, dell'importanza degli elementi non strutturali e di alcuni altri parametri. Gli ascensori sono elementi non strutturali, secondo la EN 1998-1. La EN 1998-1 è l'Eurocodice8 e riguarda la progettazione delle strutture per la resistenza sismica. La formula di a_d è sotto:

S_a nella formula c'è il coefficiente sismico applicabile agli elementi non strutturali ed è un numero adimensionale. 

g_a è un fattore importante. Questo fattore è 1 per gli ascensori negli edifici residenziali e adibiti ad uffici. Se gli ascensori si trovano negli ospedali o saranno utilizzati per ragioni speciali come i servizi di emergenza, in questo caso il valore dovrà essere aumentato secondo la EN 1998-1. G_a è adimensionale. Il fattore di importanza può essere definito dalle autorità nazionali, nonché basato sui comportamenti sismici del paese.

q_a è il fattore di comportamento dell'elemento. Non è dimensionale e dovrebbe essere uguale a 2 per gli ascensori. 

S_a deve essere calcolato come spiegato di seguito:

a è adimensionale ed è il rapporto tra l’accelerazione di progetto del suolo (a_g) su terreno di tipo A alla gravità (g). 

α=a_g/g

a_g= gl.a_gR

ag: Progettare l'accelerazione del suolo

g1: Fattore di importanza

a_gR: Accelerazione di picco del terreno di riferimento su terreno di tipo A

g1 il fattore di importanza è definito in base alle classi di importanza degli edifici ed è compreso tra 0.8 e 1.4. Le classi di importanza degli edifici sono legate alle tipologie edilizie come di seguito definite:

Classe – I (g1=0.8): Gli edifici hanno un'importanza minore per la sicurezza pubblica come gli edifici agricoli, ecc.  

Classe – II (g1=1.0): Edifici ordinari, non appartenenti alle altre categorie.

Classe – III (g1=1.2): Edifici la cui resistenza sismica è importante in considerazione delle conseguenze associate a un crollo, ad esempio scuole, sale riunioni, istituzioni culturali, ecc.

Classe – IV (g1=1.4): Edifici la cui integrità durante i terremoti è di vitale importanza per la protezione civile, ad esempio ospedali, caserme dei vigili del fuoco, centrali elettriche, ecc.

a_gR, è l'accelerazione di picco del suolo di riferimento su un terreno di tipo A, a_gR, per l'uso in un paese o parti del paese, può essere derivato dalle mappe di zonizzazione che possono essere trovate nei relativi allegati nazionali.

S nella formula è il fattore suolo secondo EN 1998-1 ed è adimensionale. S è 1.0 per il tipo A, 1.2 per il tipo B, 1.15 per il tipo C, 1.35 per il tipo D e 1.4 per il tipo E. Si consiglia di ottenere sempre il tipo di terreno del progetto dal progettista statico del progetto. 

T_a è il periodo di vibrazione fondamentale di un elemento non strutturale, ed è espresso in secondi. Se l'ascensore non influisce sulla vibrazione fondamentale dell'edificio, T_a è 0.

T₁ è il periodo di vibrazione fondamentale, ed è espresso in secondi.

z è l'altezza della parte più alta dell'ascensore sopra la fondazione o il basamento rigido. È in metri.

H è l'altezza dell'edificio sopra il livello del suolo, ed è espressa in metri.

3. Categorie di sollevamento sismico

La categoria sismica di un ascensore è determinata secondo a_d. 

Se 1 < a_d  ≤ 2.5, la categoria sismica dell’ascensore è 1;

2.5 <a_d  ≤ 4, la categoria sismica dell’ascensore è 2;

a_d4, la categoria sismica dell’ascensore è 3>. 

4. Requisiti per la Categoria 1

Le funi di sospensione, le funi del limitatore di velocità, i cavi mobili, le funi di compensazione e le catene possono oscillare durante un terremoto nel vano ascensore e rimanere impigliati in apparecchiature fisse e punti di intoppo. Questi punti di intoppo saranno creati da staffe, soglie e dispositivi fissati nel vano ascensore. I punti di intoppo devono essere protetti se l'altezza del pozzo è superiore a 20 m.  

Quando l'altezza di marcia è compresa tra 20 e 60 m è necessario adottare le seguenti misure di protezione:

• Se qualsiasi punto di intoppo nel vano, come staffe, soglie, ecc., è a meno di 900 mm dall'anello del cavo mobile, è necessaria la protezione con un filo tra i punti di intoppo. 

• La protezione metallica tra le staffe e gli intoppi simili è necessaria durante l'intera altezza di corsa per le funi di compensazione, le catene e le funi del limitatore di velocità CWT se i punti di intoppo sono più vicini di 750 mm alle relative apparecchiature. Ciò è necessario per tutta l'altezza della corsa se la fune del limitatore di velocità è a una distanza inferiore a 500 mm e la fune di sospensione è più vicina di qualsiasi punto di intoppo nell'albero. 

Se l'altezza di corsa del sollevatore è superiore a 60 m, è necessario adottare le misure di protezione antinceglio sopra menzionate per l'intera altezza di corsa. 

Se l'edificio è suddiviso in unità indipendenti mediante giunti di dilatazione, il vano macchine dell'ascensore dovrà trovarsi nella stessa unità indipendente dell'edificio. 

Il contrappeso dovrebbe avere un dispositivo di fissaggio come mostrato nella Figura 2 nella parte superiore e inferiore del telaio e il più vicino possibile ai pattini di guida. D₁, d₂ e d₃ le dimensioni in figura devono essere massimo 5 mm. Il dispositivo di ritenuta non deve causare l'attivazione accidentale del paracadute lato contrappeso. Il dispositivo di ritenuta deve essere progettato e fissato in modo tale che z₃ nella Figura 2 dovrebbe essere minimo 5 mm.

E' obbligatorio avere i fermi per le pulegge di trazione e di rinvio delle funi di trazione e di compensazione. I fermi devono essere a 15° dall'entrata e dall'uscita delle corde e ogni 90° di avvolgimento delle corde. I fermi dovrebbero essere sufficientemente efficaci rispetto ai diametri della fune. Sono necessari dei fermi anche per la catena e i pignoni. 

I mezzi di compensazione devono essere guidati nella fossa per evitare oscillazioni e impegnarsi in eventuali punti di intoppo. 

Nel caso degli ascensori idraulici, gli ascensori dovrebbero essere dotati di valvole di rottura per evitare fuoriuscite di petrolio in caso di terremoto. 

Le guide, i giunti delle guide e le staffe devono resistere alle forze che verranno create dall'accelerazione di progetto calcolata (a_d). Se è presente un dispositivo di trattenimento, il dispositivo può essere utilizzato come supporto per il telaio. La deflessione prodotta da a_d non può causare un funzionamento non sicuro degli ascensori. I dispositivi di bloccaggio delle porte dovrebbero rimanere attivi, i dispositivi di sicurezza dovrebbero funzionare correttamente e le parti in movimento non dovrebbero incontrarsi. Nel caso in cui sia presente un dispositivo di ritenuta, al massimo la deflessione non dovrebbe causare una sovrapposizione inferiore a 5 mm tra il dispositivo di ritenuta e la lama della rotaia di guida.

Le macchine, i mezzi di sospensione, i limitatori di velocità, i mezzi di compensazione e i loro accessori dovrebbero essere progettati e fissati in modo tale che le forze create da un_d non dovrebbe causare ribaltamenti e spostamenti. Nel caso di tubazioni rigide per ascensori idraulici, ciascuna tubazione rigida dovrà terminare con una tubazione flessibile. 

Tutte le apparecchiature elettriche e gli interruttori nel vano ascensore devono resistere alle forze create da a_d.

5. Requisiti per la Categoria 2

I requisiti per gli ascensori di Categoria 2 sono una combinazione dei requisiti di Categoria 1 e delle seguenti misure di protezione. 

È necessario disporre di un dispositivo di fissaggio sul lato superiore e inferiore dell'arcata. Le distanze definite per la Categoria 1 dovrebbero essere mantenute anche per i dispositivi di trattenimento dell'auto. 

Gli ascensori delle categorie 2 e 3 dovrebbero essere dotati di dispositivi di blocco delle porte delle cabine. Un dispositivo di blocco della porta è un componente di sicurezza e deve essere testato e certificato secondo la norma EN 81-50.

In caso di interruzione di corrente, l'ascensore dovrebbe essere in grado di spostarsi al piano successivo in direzione su o giù e dovrebbe essere impedito l'intrappolamento delle persone nella cabina. L'ascensore dovrebbe aprire la porta e rimanere aperta quando arriva al piano. Se l'ascensore è dotato di porta semiautomatica, la porta deve essere sbloccata quando l'ascensore si ferma al piano. Se si verifica un'interruzione di corrente mentre l'ascensore è al piano, le porte dovrebbero essere aperte per salvare eventuali passeggeri intrappolati.

6. Requisiti per la Categoria 3

I requisiti per gli ascensori di Categoria 3 sono una combinazione dei requisiti di Categoria 1 e 2 e delle seguenti misure di protezione. 

Se l'ascensore è dotato di contrappeso o peso di bilanciamento, l'ascensore deve essere dotato di un sistema di rilevamento sismico. Il sistema di rilevamento dovrebbe trovarsi nella fossa più bassa degli ascensori nell'edificio o in un luogo più basso rispetto ai vani ascensore. Dovrebbe essere possibile rilevare l'accelerazione su tre assi. Qualsiasi accelerazione uguale o inferiore a 1 m/s² dovrebbe attivare il sistema sismico. Il tempo di risposta dovrebbe essere al massimo di 3 s. Il sistema di rilevamento sismico deve essere controllato almeno ogni 24 ore e, se non funziona, l'ascensore deve essere messo fuori servizio. Il sistema di rilevamento sismico dovrebbe avere un'alimentazione di riserva di almeno 24 ore e dovrebbe essere possibile ripristinare il sistema di rilevamento solo manualmente. 

Quando il sistema di rilevamento sismico diventa attivo, l'ascensore dovrebbe cancellare tutte le chiamate di ingresso e di cabina e spostarsi al piano più vicino ad una velocità massima di 0.3 m/s. Le cabine non devono superare il contrappeso o il peso di bilanciamento mentre si spostano al livello del piano più vicino. Se un sistema di rilevamento sismico è attivo quando un ascensore è al piano, le porte chiuse dovrebbero essere aperte e l'ascensore dovrebbe lasciare il servizio. Se le porte sono semiautomatiche, devono essere sbloccate. La modalità sismica non deve prevalere su alcun dispositivo di sicurezza, operazione di ispezione, funzionamento elettrico di emergenza o fase 2 della modalità antincendio secondo EN 81-72.

7. CONCLUSIONE

Abbiamo provato a spiegare il calcolo di a_d e requisiti negli ascensori se appartenenti alle categorie sismiche secondo a_d. La nostra guida principale per questo documento sono state le norme EN 81-77 e EN 1998-1. Si consiglia vivamente di calcolare a_d in qualsiasi progetto ed effettuando le misurazioni necessarie per l'ascensore in base alla categoria sismica calcolata.