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Diapositiva 1

Ordine Ingegneri Provincia di Bergamo
Ordine Architetti Pianificatori Paesaggisti Conservatori Provincia di Bergamo
I PROFESSIONISTI E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
Sala Angeli della Casa del Giovane
Bergamo, 7 marzo 2016
SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLO
DELL’INGEGNERE E DELL’ARCHITETTO
Paolo Clemente, PhD
Dirigente di Ricerca
PAOLO CLEMENTE
SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLO DELL’INGEGNERE E DELL’ARCHITETTO
SVILUPPO SOSTENIBILE
Sviluppo economico soddisfacente ◄► Rispetto dell’ambiente
• inquinamento, accumulo dei rifiuti e degrado ambientale
• aumento della popolazione e crescita urbana disordinata
Sviluppo
►
• riduzione risorse naturali
• deterioramento delle infrastrutture
• aumento e diffondersi di malattie e conflitti sociali,
economici e politici
Soluzioni a tali problemi nello spirito
dello sviluppo sostenibile:
“Soddisfare i bisogni del presente
senza compromettere la possibilità
delle future generazioni di soddisfare i
propri” (Harem Brundtland, pres.
WCED, UN)
Ordine degli Ingegneri della provincia di Bergamo, 7 marzo 2016
PAOLO CLEMENTE
IL PROGETTISTA E LA SOSTENIBILITÀ
Qualità della vita ► buon funzionamento e sostenibilità sistemi di infrastrutture
Ingegnere / Architetto : progettazione di
infrastrutture civili, pietre angolari della
civiltà moderna, consentendo ad essa di
funzionare, crescere e sopravvivere:
 Impianti per l’approvvigionamento e la
raccolta dell’acqua
 Impianti per la raccolta e lo
smaltimento dei rifiuti
 Impianti per la produzione di energia
 Infrastrutture di comunicazione
Ovunque nel mondo c’è necessità di
 costruire nuovi sistemi di infrastrutture civili,
 riparare quelli esistenti, danni dovuti al tempo a eventi naturali o all’uomo
 salvaguardare strutture di interesse storico e artistico
Va fatto nell’ottica di:
"non accendere sull’ambiente ipoteche che i nostri figli non possano estinguere"
PAOLO CLEMENTE
INDUSTRIA DELLE COSTRUZIONI (IdC)
IdC maggiore responsabile, diretto e indiretto, di
• distruzione e degrado delle risorse naturali
• produzione e accumulo di rifiuti e dell’impatto ambientale
È necessario :
• Considerare concetti e principi di sostenibilità, esplicitamente e
sistematicamente, in tutte le fasi della progettazione:
 ottimizzazione nell’uso delle risorse
 riduzione o eliminazione dei rifiuti
 miglioramento della compatibilità ambientale
• Sviluppare nuove tecnologie, sistemi di costruzione alternativi e materiali
innovativi
Regole restrittive su protezione
ambiente
contrastano
con
efficienza progetti e prestazioni
costruzioni
Proprietari, progettisti e costruttori
Concetti e principi di sostenibilità
vanno adattati alle specificità
dell’industria delle costruzioni
Bisogna offrire incentivi e risorse
appropriate per affrontare le
notevoli sfide con mezzi nuovi
PAOLO CLEMENTE
OBIETTIVI PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE
Bisogna chiarire:
• che cosa significa sostenibilità per i progettisti
• che cosa devono fare i progettisti per raggiungere la sostenibilità a livello
globale di sistema delle costruzioni, a livello intermedio di progetto di sistemi di
infrastrutture civili e a livello specifico di progettazione strutturale
La World Commission on Environment and Development delle Nazioni Unite ha
identificato cinque obiettivi per lo sviluppo sostenibile:
• crescita economica
• opportuna localizzazione delle risorse per sostenere tale crescita
• partecipazione e costituzione di sistemi politici più democratici
• adozione di stili di vita consoni alla conservazione ecologica del pianeta
• livelli di popolazione in armonia con le potenzialità produttive degli
ecosistemi
Inoltre: ridurre i conflitti tra paesi sviluppati e in via di sviluppo
PAOLO CLEMENTE
SOSTENIBILITÀ: USO DELLE RISORSE
L’uso delle risorse deve basarsi su tre caratteristiche chiave:
• Gestione delle risorse, che deve seguire le seguenti politiche:
 velocità di raccolta = velocità di rigenerazione
 emissione di rifiuti = capacità naturale di assimilazione degli ecosistemi
 capacità di rigenerazione e di assimilazione sono imprescindibili
(l’incapacità è insostenibile)
• Gestione delle risorse non rinnovabili, che si basa su due premesse:
 l’uso di risorse non rinnovabili è insostenibile
 l’uso di risorse non rinnovabili deve essere limitata
• Norme che enfatizzano tecnologie che incrementano la produttività delle
risorse piuttosto che le risorse in sé, favorendo la progettazione di prodotti e
processi che facilitano il riciclaggio
PAOLO CLEMENTE
SOSTENIBILITÀ: LA TECNOLOGIA
Nell’ecosfera (naturale) (Commoner):
• ogni cosa è connessa alle altre in un ciclo di nascita, morte e rigenerazione
• i cicli naturali non contengono rifiuti
• per ogni composto naturale organico esiste un enzima capace di distruggerlo
Nella tecnosfera dell’era industriale (Carpenter) :
• Tecnologia = insieme di strumenti per soddisfare le necessità umane, che
vede il mondo come costituito da una sorgente di materiale per i processi
produttivi e da un bidone per contenere i rifiuti generati dai processi produttivi
► grandi quantità di rifiuti generate e inserite nell’ecosfera che non ha
sviluppato difese
Tecnologia post-industriale:
• Ecologia industriale: imita i processi naturali e la loro natura ciclica (utilizzino
i rifiuti come materia prima per la successiva produzione)
• Tecnologia rigenerativa: utilizza i processi naturali, adegua i processi
ecologici alle necessità umane e indirizzare queste verso obiettivi sostenibili
• Tecnologia sostenibile: fornisce soluzioni pratiche per ottenere lo sviluppo
economico in armonia con il rispetto dell’ambiente
PAOLO CLEMENTE
IL RUOLO DEI PROGETTISTI
• Affrontare la sostenibilità a tutti i livelli:
 globale (industria delle costruzioni)
 di progetto (sistemi infrastrutturali)
 di sistemi strutturali specifici
• Guardare un sistema come un organismo unico, anziché alle singole parti
• Adattare o ridefinire le tecnologie esistenti (per migliorare l’uso delle risorse
e minimizzare la produzione dei rifiuti)
• Creare nuove tecnologie
• Essere consapevoli dei problemi ambientali, dei rischi e degli impatti
potenziali di ciò che progettano
A tali fini, devono:
• Conoscere meglio il mondo in cui viviamo e i problemi sociali, economici e
ambientali che dovremo affrontare nel futuro
• Diventare i leaders dell’ambiente e i decision makers, uscendo dal loro
ambito esclusivamente tecnico
• Impegnarsi attivamente nelle discussioni e nei processi politici,
economici, tecnici e sociali
PAOLO CLEMENTE
NUOVI MODELLI
Progetto di un sistema di infrastrutture:
• Ridefinire le relazione tra i vari attori:
 Fornitori di tecnologie di costruzione, sistemi, prodotti e materiali per
sistemi di infrastrutture
 Progettisti
 Costruttori, che interagiscono nella fase di commercializzazione
• Rivedere i parametri per valutare la performance di un progetto:
 Costi
 Tempi
 Qualità
Dai problemi possono nascere soluzioni ottimali e nuovi sviluppi:
• Es: la necessità di minimizzare la quantità di calcestruzzo sprecata durante
la costruzione di una certa tipologia strutturale può portare allo sviluppo di un
nuovo elemento di calcestruzzo, di nuove casseforme e di nuovi metodi di
costruzione. Scienziati, ingegneri, architetti, costruttori e produttori di
calcestruzzo possono giungere a sviluppare insieme una nuova alternativa.
PAOLO CLEMENTE
CITTÀ INSOSTENIBILI
Le città (ambienti costruiti) = maggiore causa di insostenibilità:
• aumento della popolazione ► espansione notevole
• relazione ambiente costruito - qualità dell’ambiente ► non capita nel passato
Espansione delle città
Aumento del trasporto privato
(reso
possibile
dallo
sviluppo
dell’industria dell’automobile che ha
reso le auto sempre più economiche)
Costruzione di nuove strade
Peggioramento qualità aria e
livello rumore ► livello vita
PAOLO CLEMENTE
CITTÀ INSOSTENIBILI: EDIFICI
Edifici:
• concepiti per una sola funzione e
per durare a lungo: non trova
riscontro nelle necessità attuali di
cambiamento
• demolizione
delle
strutture
=
produzione di rifiuti (anche a causa
delle scarse possibilità di riciclare e
riutilizzare parti o elementi della
costruzione)
PAOLO CLEMENTE
CITTÀ INSOSTENIBILI: MOBILITÀ
Principali infrastrutture da traffico
 progettate ai margini delle città
 ne sono state ora inghiottite
 barriera allo sviluppo della città
 barriere fisiche e psicologiche
 inquinamento e rumore
Interazione traffico pedonale - veicolare:
 riduce la mobilità
 è irritante per i guidatori
 è noiosa per i pedoni la cui area è
invasa da rumore e inquinamento
Trasporto pubblico
 va incentivato
 rete di trasporto underground,
molto veloce, impossibile con altri
mezzi in superficie
PAOLO CLEMENTE
LE STRUTTURE UNDERGROUND
Rifugi sotto terra
del passato
►
• conservare beni
• fronteggiare condizioni climatiche estreme
• difendersi da attacchi bellici
Oggi hanno altre
funzioni:
►
•
•
•
•
•
•
mitigare la pressione in superficie
sviluppare meglio le reti di trasporto
ridurre il rumore
migliorare la qualità dell’aria
lasciare più verde nei centri delle città
concentrare le funzioni
Non vanno sottovalutati:
 alto costo di costruzione
 necessità che siano flessibili
 problemi di sicurezza
 aspetti psicologici
(integrazione edifici fuori e
dentro, accessibilità,
illuminazione, proporzioni, …)
Caratteristiche
fondamentali di
una città
sostenibile
PAOLO CLEMENTE
STAZIONE TERMINI, ROMA
PAOLO CLEMENTE
BOSCO VERTICALE
PAOLO CLEMENTE
EDIFICI ALTI
Edificio
Burj Khalifa
Shanghai Tower
Abraj Al Bait
One World Trade Center
Taipei 101
città
H (m)
Dubai
828
Shanghai 632
La Mecca 601
New York
541
Taipei
509
piani anno
163 2010
121 2013
95
2011
104 2012
101 2004
Vantaggi:
• Risparmio di suolo
Futuro: Città in verticale autosufficienti dotate di
• alloggi
• uffici e fabbriche “pulite”
• efficiente sistema di trasporti
• sistemi di comunicazione
• impianti per produrre l’energia necessaria
(eolico, solare) e processare i rifiuti
• struttura: deve resistere alle azioni di
uragani e terremoti
PAOLO CLEMENTE
PONTI DI GRANDE LUCE
Incremento di
 dimensioni dei mezzi natanti
 volume del traffico marino
spazio libero richiesto
per la navigazione
Vantaggi:
 Minor costo di strutture a sviluppo orizzontale rispetto a
quello di fondazioni profonde in acqua
 Minor rischio di collisione di natanti contro i piloni dei ponti
Limiti:
 Struttura più pesante
 lim  8k      1  
k  f   cos  m

  w p  peq
Futuro:

Ac
 Materiali più resistenti e più leggeri
 Compositi, fibra di carbonio, leghe leggere, calcestruzzi ad
alta resistenza, promettenti ma costosi
“I ponti sono un monumento al progresso”.
“Quando si costruisce un ponte, si costruisce qualcosa per la storia”
(J. Strauss)
PAOLO CLEMENTE
MANUTENZIONE: SHM
Costi manutenzione infrastrutture nei prossimi anni ≈ 11 miliardi €/anno
Costi manutenzione
più importanti dei costi di
costruzione di nuove infrastrutture
 è importante ridurre i costi di
manutenzione
Europe
SAMCO
Ponti: circa il 30% presenta
problemi strutturali che possono
portare al collasso
Manutenzione preventiva mediante il monitoraggio
• stato di salute del ponte e dei suoi componenti è controllato al continuo
• interventi sono programmati sulla base del livello di danno
PAOLO CLEMENTE
SISTEMI, STRUTTURE E MATERIALI
Sostenibilità
di sistemi
complessi
Sostenibilità dei singoli
componenti del sistema,
ossia sostenibilità di ogni
struttura
Sostenibilità dei
singoli elementi
strutturale e dei
materiali
Produzione industriale di
tipo eco-orientato




Materiali,
edilizi
e
costruttive
 Riciclabili, riciclati, di recupero, di
provenienza locale e di materie prime
rinnovabili e durevoli nel tempo
 Caratterizzati da ridotti valori di energia e
di emissioni di gas serra inglobati
 Rispetto del benessere e della salute
degli abitanti
componenti
tecnologie
Materie prime rinnovabili
Prodotti a limitato consumo energetico
Nessun rilascio di sostanze nocive
Riciclaggio per dismissione
PAOLO CLEMENTE
A
SOLAIO LEGNO-CLS
Soletta in c.a.
Elementi di interposizione
Traliccio in acciaio elettrosaldato di tipo “Bausta”
inserito meccanicamente tramite una particolare fresatura
ad incastro
Malta a stabilità volumetrica
Travetti Compound® in legno lamellare di Abete rosso
certificato a norme DIN
A
PAOLO CLEMENTE
POSA IN OPERA
PAOLO CLEMENTE
PUNTI DI FORZA DEL SOLAIO COMPOUND
Tecnologia altamente industrializzata
A
 utilizzo di travi lamellari e di tralicci metallici standard
 getto di malta a stabilità volumetrica
 confezionamento e assemblaggio
Economicità del prodotto finito
 rispetto ad altri solai misti legno-cls e latero-cemento
Volumi e pesi contenuti
 azioni sismiche ridotte
 gestione logistica, trasporti e movimentazioni agevolati
 posa in opera veloce e sicura (autoportanza)
Legno + laterizio (p.p. = 2.00 kN/m2)
 massa idonea per un buon isolamento termico
 collaborazione del laterizio con soletta
A
PAOLO CLEMENTE
DIFFERENZE CON ALTRI SOLAI
Soletta in c.a.
Diaframma rigido che garantisce il collegamento con le strutture verticali e la
rigidezza infinita del solaio nel proprio piano
Connessione
 malta a stabilità volumetrica,
 pioli/denti di legno e cls
 traliccio metallico
non mediante resine speciali e connettori metallici
PAOLO CLEMENTE
PROVE DI PUSH-OUT - ISTEDIL
Sezione A-A
200
125
175
408
50 54
200
54 50
300
660 60
100
1500
A
300
A
104
PAOLO CLEMENTE
ANALISI NUMERICHE
Tensione di compressione parallela
Ansys, elementi SOLID45 a 8 nodi, con funzioni di forma lineari
Elemento in cls omogeneo e isotropo con perfetta aderenza tra malta
Legno lamellare: classe resistente GL24h, con rigidezza e resistenza da EN 1194
• Fase elastica: materiale ortotropo
• Fase post-elastica: valori tensioni snervamento a trazione, compressione e a taglio nelle
direzioni principali, superficie di rottura criterio di Norris.
Superfici legno-malta e legno-cls: elementi a 4 nodi CONTA173 e TARGE170
Tensione tangenziale
PAOLO CLEMENTE
PUSH-OUT: UNITN
PAOLO CLEMENTE
SOLAIO: PROVINO
PAOLO CLEMENTE
SOLAIO: APPARATO PROVA – UNITN
662,5
1325
P/4
1325
P/4
662,5
1325
P/4
P/4
T2
T4
T1
T3
( cerniera )
( carrello )
G4
G6
G1
G2
2120
530
G3
G5
530
2120
Trasduttori per il rilievo dello
scorrimento relativo alle testate
spostamento verticale
G6
G2
G5
T4
T3
T2
T1
G4
G1
G3
PAOLO CLEMENTE
SOLAIO: PROVA DI CARICO – UNITN
PAOLO CLEMENTE
RISULTATI
AK 150 1
18
16
Forza – Scorrimento
14
2
carico [kN/m ]
12
10
T2
T4
8
6
4
2
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
scorrimento [mm]
Carico – Freccia
AK 150 1
18
16
14
12
2
0
carico [kN/m ]
0
-0,2
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
freccia [mm]
100
120
140
160
PAOLO CLEMENTE
PROGETTO CAMPEC
Prove sismiche su
tavola vibrante di una
struttura in muratura
con copertura a
solaio in legno tipo
“Compound”
PAOLO CLEMENTE
CASE CICALA
Esempio di edilizia di fine ‘800 a Messina
Hanno resistito al terremoto del 1908
Copertura in legno
Solai intermedi: volte a botte
Muratura: “ a sacco” al piano 1
a 2-3 teste ai piani superiori
PAOLO CLEMENTE
MODELLO IN SCALA
Solaio Compound
Tiranti in acciaio
PAOLO CLEMENTE
MODELLO SPERIMENTALE
 Analisi numerica (modello FEM)
 Analisi sperimentale
 Confronto tra risultati
sperimentali e numerici
PAOLO CLEMENTE
PROVE SU TAVOLA VIBRANTE
8
6
A31 lat
realtà
Sap
4
Accelerazione (m/sec2)
Accelerazione (m/sec2)
A32 lon
2
0
-2
-4
realtà
Sap
4
0
-4
-8
-6
0
4
8
12
t (sec)
16
0
20
4
8
12
t (sec)
 Il modello è sottoposto a diverse serie di prove sismiche
 Sostanziale coincidenza tra i risultati sperimentali e quelli del modello
matematico
 Il modello inizia a fessurarsi con PGA = 0.5g
16
20
PAOLO CLEMENTE
COLLASSO
PAOLO CLEMENTE
TAMPOPLAST
Pareti in blocchi connessi con elementi in materiale plastico e relativi elementi
costitutivi – (Brevetto ENEA – P. Clemente)
Elemento giunto
(cappello)
Elemento Fascia
Elemento giunto
sup. e inf.
Elemento giunto laterale
Elemento montante
PAOLO CLEMENTE
TAMPOPLAST
Pareti con notevole resistenza fuori dal
piano
PAOLO CLEMENTE
TAMPOPLAST: PROVE A TAGLIO
PAOLO CLEMENTE
SICUREZZA E PREVENZIONE SISMICA
Pericolosità sismica
• Azioni sismiche sulle costruzioni
• Amplificazione locale
Vulnerabilità sismica
• Vita nominale
• Fattore di comportamento
Applicazione di moderne tecnologie
• Isolamento sismico edifici esistenti
• Isolamento sismico edifici d’interesse storico-artistico
PAOLO CLEMENTE
CLASSIFICAZIONE SISMICA
1908
Terremoto di Messina e Reggio Calabria
Nuove zone classificate solo a seguito di un
terremoto
1980
25% in zone 1 e 2
1981
43% in zone 1, 2 e 3
Introd. zona 3
2003
70% in zone 1, 2, 3
Introd. zona 4
2008: definizione puntuale dei parametri di pericolosità. Scompaiono le zone
PAOLO CLEMENTE
NORME TECNICHE
(G+Q)2 /8
D.L. 5 novembre 1916 (TU) n.
1526
forze statiche simulanti l'azione
sismica
G = carichi permanenti
Q = carichi variabili
Prima normativa di moderna
concezione (a seguito della
Legge 2 febbraio 1974, n. 64,
Provvedimenti per le costruzioni
con particolari prescrizioni per le
zone sismiche)
0.5 (G+Q)
(G+Q)T/6
Fh3
0.10
z3
zona I
zona II
a/g = CR (g)
D.M. LL.PP. 03/03/1975
Norme tecniche per le
costruzioni
in
zone
sismiche
(G+Q)1 /8
Fh3
zona III (1981)
z2
0.05
Fh3
0.00
0
1
2
T (s)
3
4
Fhi  C  R       i  Wi
63.8% delle abitazioni in Italia costruito prima del 1971 (dati ISTAT)
non rispondono, nominalmente, a criteri di sicurezza sismica
z1
PAOLO CLEMENTE
PREVISIONE DEI TERREMOTI
Interv.
Tempo
Utilità
Commenti
Brevis
-simo
pochi
sec/min
early warning per impianti
RIR, treni AV, …
Possibile ma non utile in
Italia
Breve
poche
ore ÷
qualche
mese
preparare le risorse per
emergenza e l’evacuazione
Al momento non siamo in
grado di fare ciò
Medio
qualche
anno
individuare aree dove
intervenire prioritariamente
per ridurre il rischio
Esperimenti di previsione:
aree di grandi dimensioni e
tempi lunghi, non
utilizzabili al momento per
scopi di protezione civile
Lungo
decine
di anni
ridurre vulnerabilità e
esposizione, preparare le
popolazioni
Le mappe di pericolosità ci
danno questa informazione
Per salvare vite umane

costruire edifici antisismici
PAOLO CLEMENTE
PERICOLOSITÀ SISMICA DI BASE
PGA: per ciascun sito in funzione della prob. di superamento PNCR in 50 anni
PNCR è correlata al periodo di ritorno TNCR
PNCR = 63% in 50 anni
TNCR = 50 anni
TNCR = 475 anni
TNCR = 2475 anni
PSHA: insieme di mappe ciascuna per un PNCR ≥2% (TNCR ≤ 2475 anni)
Tempo di osservazione To dovrebbe essere >> TNCR : ma To=1000÷2000 anni
L’estrapolazione a tempi maggiori deve tener conto delle incertezze.
Azioni per PNCR ≥2% (TNCR ≤ 2475 anni) sono sufficentemente cautelative ??
PAOLO CLEMENTE
PROBABILISTIC G.A.– DETERMINISTIC G.A.
PGA
TNCR = 2475 anni
DGA
Neo-deterministico
(Panza et al.)
Quasi ovunque
PGA > DGA
(Panza et al.)
PAOLO CLEMENTE
TERREMOTO DI PROGETTO
0.5
0.4
PGA (g)
PNCR = 2% in 50a
PNCR = 10% in 50a
0.3
0.2
0.1
0.0
0.01
0.10
PNCR
1.00
0.6
PGA for PNCR=2% (g)
y = 2.36x
0.4
y = 1.37x
0.2
0.0
0.0
Scelta ingegneristica?
Scelta politica:
Scelta sostenibile ?
0.1
0.2
PGA for PNCR=10% (g)
0.3
No: comportamento stutturale e duttilità
Si: non investiamo sulla nostra sicurezza
NO!! Non sicura, scarsa prevenzione
PAOLO CLEMENTE
IL “PICCO DELLA MIRANDOLA”
2012141020324.84.MRN
MIRANDOLA
NS
UP
WE
0.3
300
MIRANDOLA
Rigid Soil
acc (cm/s/s)
200
100
0
-100
-200
0.2
32
36
40
44
40
44
t (s)
300
acc (cm/s/s)
200
100
0
PGA (g)
-300
-100
0.1
-200
-300
32
36
t (s)
300
acc (cm/s/s)
200
100
0
-100
0.0
0.01
-200
-300
32
36
40
0.10
PR
44
t (s)
S = 1.7
PGA = 0.265g in superficie
1.00
PGA = 0.16g al bedrock
Edifici esistenti:
non antisismici
Edifici industriali:
labili per azioni
orizzontali
Zone prima non sismiche ► Edifici più vulnerabili
PAOLO CLEMENTE
RISPOSTA SISMICA LOCALE
8
R - SN/UP
R - WE/UP
6
8
8
S - SN/UP
S - WE/UP
6
6
4
4
4
2
2
2
0
0
0
0
5
f (Hz)
10
15
B - SN/UP
B - WE/UP
0
5
f (Hz)
10
0
15
5
f (Hz)
10
R
Ai 3 siti si hanno differenti risposte allo stesso evento sismico
B
S
Array velocimetrico a Belmonte Castello (FR): Receiver Functions
di registrazioni di aftershocks del sisma dell’Aquila, 2009
15
PAOLO CLEMENTE
MICROZONAZIONE SISMICA
Livello I
Definizione MOPS:
microzone omogenee in prospettiva sismica
(amplificative e non)
Per la pianificazione territoriale:
• Scelta siti per nuove strutture
• Definizione priorità di intervento sugli
esistenti
Livello I
• Zone instabili
• Zone stabili (pianeggianti, VS30 > 800 m/s)
• Zone stabili ma suscettibili di amplificazione
Livello II: coefficienti di amplificazione
attraverso abachi (situazioni semplici 1D)
Livello III: coefficienti di amplificazione
attraverso misure in sito e modellazione
Livello III
PAOLO CLEMENTE
PROPOSTA STATI LIMITE
0.5
SLU: PNCR = 2 % in 50 anni
(ovunque)
PGA (g)
0.4
0.3
SLD: Se = Se,max =
= f (materiali e tipologia)
0.2
0.1
0.0
0.01
0.10
PNCR
1.00
Obiettivo:
SLD con PNCR = 10% in 50 anni  qmax  2
Zona ad altissima sismicità:
limiti sulle dimensioni e/o
moderne tecnologie
PAOLO CLEMENTE
PROGETTAZIONE ANTISISMICA
Scopo: assicurare che in caso di evento sismico
- sia protetta la vita umana
- siano limitati i danni
- rimangano funzionanti le strutture essenziali (Prot.Civ.)
Sisma di media intensità: sopportarlo senza danni evidenti
Terremoto violento: non crollare, pur danneggiandosi anche irreparabilmente
Se (g)
Sd (g)
0
0
Spettro elastico =
accelerazioni effettive
Spettro di progetto =
accelerazioni ridotte
attraverso il
Fattore di comportamento q
“q” dipende dalla capacità della struttura di dissipare energia durante l’evento:
danneggiamento controllato, che coinvolga molti elementi
PAOLO CLEMENTE
PROGETTAZIONE NON SOSTENIBILE
Principio economicamente non sostenibile !! 
Costi di ricostruzione
Strutture strategiche
(strutture di protezione civile, ponti, ospedali, caserme, ecc.)
devono restare operative durante e dopo il sisma
Strutture a rischio di incidente rilevante
(Impianti nucleari, chimici, contenenti materiali pericolosi)
devono rispettare stringenti requisiti di sicurezza
TECNOLOGIE INNOVATIVE
si basano sulla drastica riduzione delle forze sismiche agenti sulla struttura,
piuttosto che affidarsi alla sua resistenza
Isolamento sismico
Incremento del periodo
fondamentale di vibrazione
Dissipazione di energia
Incremento di smorzamento
PAOLO CLEMENTE
INTRODUZIONE ALL’ISOLAMENTO SISMICO
Spettro di risposta elastico = massima accelerazione S e nella struttura in
funzione del suo periodo fondamentale di vibrazione T
Se (accelerazione)
SDe (spostamento)
Aumento
spostamento
SDe > 0.20 m
alla base
Acc. al
suolo
Tbf
Tbf = 0 ÷ 1 sec
Tis
T
Tis ≥ 2 sec
Riduzione azioni
sismiche
Se,is/Se,bf < 0.20
Scelta sostenibile
Disaccoppiamento tra moto della struttura e del terreno
È possibile progettare in campo elastico
PAOLO CLEMENTE
IMPIANTI A RISCHIO DI INCIDENTE RILEVANTE
Impianti nucleari
►
sistemi di massima sicurezza e affidabilità
Electricite-de-France (1978): inizia a Cruas in Francia la costruzione del primo
impianto nucleare dotato di isolamento sismico, composto da 4 PWR, aventi una
potenza totale di 3600 MWe, entrati poi in funzione nel 1984.
L'isolamento consentì di utilizzare al sito di Cruas, caratterizzato da ag=0.3g, lo
stesso progetto standardizzato degli altri impianti realizzati in siti con ag=0.2g
PAOLO CLEMENTE
ISOLATORI ELASTOMERICI ARMATI (HDRB)
63
PAOLO CLEMENTE
ISOLATORI A SCORRIMENTO (SD)
Appoggi acciaio-PTFE con bassi valori delle resistenze per attrito
64
PAOLO CLEMENTE
ISOL. A SCORRIM. CON SUPERFICI CURVE (CSS)
PAOLO CLEMENTE
È SOSTENIBILE?
2
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28
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1
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18
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1200
300
120
Confronto BF – IS
(ed. In c.a.)
5+1 livelli
20
24
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19
25
26
350
350
350
1750
29
350
30
350
Per un efficace confronto:
 architettonici devono essere simili
 valori economici devono essere simili
Isolatori
Parete di sostegno
PAOLO CLEMENTE
STRUTTURA
 Stessa posizione dei pilastri
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350
350
1750
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30
350
a) Soluzione più idonea per BF




700
350
1750
700
b) Soluzione più idonea per IS
Stessi materiali
Stessi criteri di dimensionamento travi e pilastri
Stessi carichi fissi (G1 e G2) e variabili (Q) tipici di edifici residenziali
Analisi strutturale secondo NTC 2008
PAOLO CLEMENTE
CONFRONTO IS – BF, SUOLO M
2
3
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5
6
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8
9
10
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3
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27
28
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600
300
1
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1200
17
18
20
(a)
21
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27
28
24
23
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19
600
300
1200
300
120
25
26
350
350
350
1750
29
350
30
700
350
(b)
700
350
1750
Descrizione
Se=0.47g
caso
a
b
a
b
a
b
BF
0.88
0.80
0.93
0.91
1.00
0.99
IS (Se,is=0.2g)
0.91
0.81
0.91
0.81
0.91
0.81
Sistema Isol.
0.10
0.07
0.20
0.13
0.24
0.21
Totale IS
1.01
0.88
1.11
0.94
1.15
1.02
IS/BF
1.15
1.11
1.20
1.04
1.15
1.02
ISb/BFa
1.00
Se=0.78g
1.01
Se=1.09g
1.02
PAOLO CLEMENTE
SICUREZZA E EFFICIENZA ENERGETICA
Non è sostenibile realizzare
• strutture tecnologicamente avanzate ma non sicure
medio-bassa intensità può danneggiarle
►
anche sisma di
• bunker antisismici estremamente costosi ► gestione onerosa
Gestione sostenibile del costruito
• strutture tecnologicamente avanzate ma anche sicure dal punto di vista statico
e sismico
Edifici di nuova realizzazione ► progetti nello spirito della sostenibilità
Edifici esistenti ► interventi di miglioramento della sicurezza e dell’efficienza
energetica programmati ed eseguiti in maniera organica
PAOLO CLEMENTE
ISOLAMENTO SISMICO IN EDIFICI IN MURATURA
Edificio ENEA – ANDIL
71
PAOLO CLEMENTE
EDIFICIO ENEA – ANDIL: PIANO TIPO
72
PAOLO CLEMENTE
EDIFICI STORICI
 Progettati senza tener conto della azioni sismiche
 Vulnerabili anche ad azioni sismiche moderate
 Caratterizzati da:

Forma irregolare, sia in pianta che in elevazione

Connessioni non efficaci tra le pareti

Solai non rigidi nel loro piano

Fondazioni superficiali
 Adeguamento sismico delicato:

Grado di sicurezza elevato per la presenza di numerosi
turisti

Preservare caratteristiche originali, identità e valore storico
PAOLO CLEMENTE
COME VALUTARE LA SICUREZZA ?
La valutazione non può basarsi su un semplice esame visivo
Analisi sperimentali
• sui materiali (effettive
resistenze)
• sulle strutture (effettivo
comportamento statico
e dinamico)
Analisi numeriche complesse
per la valutazione della capacità
(modelli numerici tarati sulla
risultati sperimentali)
Operazioni costose ma indispensabili per:
•
Diagnosi:
valutazione dell’affidabilità strutturale
•
Terapia:
definizione degli eventuali interventi
base
dei
PAOLO CLEMENTE
TECNICHE TRADIZIONALI E INNOVATIVE
Tecniche tradizionali non adatte per adeguamento sismico edifici storici:




Incremento di resistenza e duttilità
Irreversibili
Materiali diversi e incompatibili
Modifica concezione strutturale
originaria


Possono solo evitare il collasso
Non possono evitare gravi danni
Le moderne tecnologie, invece:
 Riduzione azione sismica
 No danni anche per eventi violenti
 Scarsa interferenza con la
struttura
PAOLO CLEMENTE
CITY HALL DI SAN FRANCISCO
Destroid by the earthquake of 1906
Recostructed in 1912
Damaged during the earthquake of
Loma Prieta in 1989
Retrofit, 2000 (530 LRB, 62 SD)
PAOLO CLEMENTE
SCHOOL BUILDING IN VANADZOR, ARMENIA
Masonry building 4 levels (55 years)
Retrofit, by means of “Medium Damping Rubber
Bearings” (MDNB),
2002
(courtesy by prof. M. Melkumyian)
PAOLO CLEMENTE
IRAN BASTAN MUSEUM (TEHRAN)
(P. Clemente, A. Santini, M.G. Ashtiany)
PAOLO CLEMENTE
ST. CATHOGHIKEH (YEREVAN, ARMENIA)
PAOLO CLEMENTE
STRUTTURA ISOL. SISMICO EDIFICI ESISTENTI
Brevetto internaz.: P. Clemente (ENEA), A. De Stefano, G. Barla (POLITO)
Terreno
Gap
Settore cilindrico
superiore
Parete
esterna
Connessione rigida
tra l’edificio e il
sistema di isolamento
Parete
interna
Isolatori
Inseriti previa rimozione degli
elementi di connessione
Settore cilindrico inferiore
Tubi in c.a. inseriti a con tecnica
spingitubo o microtunnelling (D ≥ 2 m)
PAOLO CLEMENTE
PALAZZO MARGHERITA: PROGETTO
PAOLO CLEMENTE
SVILUPPO = PREVENZIONE + INFORMAZIONE
EDIFICIO NON
ANTISISMICO
Edifici non adeguati:
• No scuole
• No ospedali
• No edifici strategici
Edifici vecchi (non storici):
• Demolizione e ricostruzione
PAOLO CLEMENTE
SICUREZZA E SOSTENIBILITÀ
SICUREZZA STRUTTURALE

VALORE DI MERCATO
Come per l’efficienza energetica:
Indice (o classe) di sicurezza: misura la sicurezza dell’edificio e deve
essere non inferiore ad un minimo prefissato
Valore di mercato: deve dipendere dall’indice di sicurezza
Vendita : consentita solo se il grado di sicurezza > minimo prefissato
Sistema virtuoso che:
• invogli i cittadini a investire sulla sicurezza dei propri immobili
• conduca alla riduzione del rischio a fronte di eventi ambientali
• non gravi sullo Stato
• non arricchisca una categoria a scapito di altre o dei cittadini stessi
• contribuisca ad un rilancio del settore edile e del mercato immobiliare
PAOLO CLEMENTE
PERCHÉ L'ASSICURAZIONE?
Sollevare lo Stato dalle spese di ricostruzione a seguito di eventi
calamitosi (come annunciato dall'allora presidente del consiglio M.
Monti, pochi giorni prima del terremoto dell'Emilia del maggio 2012)
Stimolare proprietari e assicurazioni a verificare l'effettiva affidabilità
delle costruzioni, anche per poter differenziare i costi di assicurazione
tra i vari immobili in funzione del rischio effettivo
Rilanciare il settore edilizio che deve fare più manutenzione e meno
nuove costruzioni
Valore degli immobili: deve dipendere dal grado di sicurezza (come il
premio assicurativo)
Immobile sicuro
strutturalmente
Cittadini:
risparmio
assicurazione
sul
premio
di
Assicurazioni: bassa probabilità di dover
risarcire danni
PAOLO CLEMENTE
E' UNA NUOVA TASSA?
SI !!
•
ma una tassa che deve sostituire quelle esistenti, palesi e non, con le
quali attualmente si finanziano le ricostruzioni a seguito di eventi calamitosi
•
un sistema virtuoso, onesto e trasparente, che sostituisca le tasse attuali
Vanno fissati:
•
un massimale (per esempio pari al costo di ricostruzione, od anche meno,
se ci sia accontenta di un parziale rimborso in caso di collasso)
•
una franchigia, che scoraggi gli abusi
Rimborso
•
A stato di avanzamento dei lavori di riparazione o ricostruzione e non
immediatamente a seguito dell'accertamento del danno, ma (respiro alle
compagnie di assicurazione, specialmente nel caso di eventi calamitosi nei
primi anni)
•
Imprese di fiducia delle compagnie; ciò consentirebbe loro di esercitare un
controllo maggiore sull'utilizzo del rimborso
PAOLO CLEMENTE
ESPERIENZE IN ALTRI STATI EUROPEI
Francia e Belgio
il sistema assicurativo si basa su una forte collaborazione tra pubblico e
privato, nel quale lo Stato si fa garante a fronte di eventi eccezionali, ma
si libera degli eventi minori
Spagna
lo Stato gestisce direttamente il rischio da catastrofi naturali
Italia
appare evidente che occorre soprattutto superare un limite culturale: ci si
dovrebbe assicurare sperando di non averne bisogno e non di trarne
benefici
PAOLO CLEMENTE
QUANTO COSTA?
Numero di unità immobiliari  32.000.000 (ISTAT 2001 + incremento)
Danni dovuti ad eventi sismici ed alluvionali  3.000 M€/anno
Premio di assicurazione medio  100 €/anno
Si tratta di una cifra relativamente piccola
Tale premio potrebbe essere raddoppiato, mettendo a disposizione
una somma annua, che potrebbe finanziare un
Fondo per la Sicurezza strutturale
•
migliorare sismicamente un significativo numero di edifici, a partire
dalle aree a maggiore rischio
•
ridurre gradualmente i costi di emergenza e ricostruzione
PAOLO CLEMENTE
FONDO PER SICUREZZA E EFF. ENERGETICA
Interventi preventivi sugli edifici
garantire la sicurezza strutturale e l'efficienza energetica degli edifici
Assegnazione delle risorse del Fondo
mediante procedure concorsuali, indette e gestite dal Fondo medesimo, che
provvede, altresì, a approvare il singolo progetto di intervento con dichiarazione
di pubblica utilità e di urgenza della singola opera
Domande di partecipazione alla procedura concorsuale
corredate dal progetto definitivo redatto da un professionista abilitato,
responsabile, altresì, della direzione dei lavori e della sicurezza in fase di
esecuzione
Il Fondo
•
anticipa tutti gli oneri relativi alla redazione del progetto e alla realizzazione
degli interventi
•
promuove l'accensione di mutui a tasso agevolato per l'esecuzione degli
interventi
PAOLO CLEMENTE
FONDO PER SICUREZZA E EFF. ENERGETICA
Consiglio di amministrazione del Fondo (nominato da MISE) composto da:
•
Ministero dell'ambiente e della tutela del territorio e del mare
•
Ministero dell'interno
•
Ministero dello sviluppo economico
•
Ministero delle infrastrutture e dei trasporti
•
Rappresentanti delle associazioni di categoria dei proprietari immobiliari
•
Rappresentanti delle compagnie di assicurazione
Gruppo di esperti (nominati dal consiglio di amministrazione) redige:
regolamento di organizzazione, di funzionamento e di gestione del Fondo
Affluiscono al Fondo:
•
50 per cento dei premi relativi all'assicurazione
•
per i primi 3 anni, una quota annuale a carico dello Stato, pari al 2 per cento
del gettito dei tributi relativi agli immobili
•
finanziamenti europei specifici del settore ed eventuali altri finanziamenti
pubblici e privati, compresi premi pubblici per interventi d'eccellenza
PAOLO CLEMENTE
CONCLUSIONI
 Il mondo delle costruzioni gioca un ruolo importante nella definizione
delle politiche di sviluppo sostenibile
 Il progettista deve fronteggiare nuove problematiche e nuove sfide
(Akio Morita, pres. fondatore Sony, 1992)
“Ridate orgoglio e prestigio agli ingegneri. Il mondo è pieno di avvocati
e economisti e ovviamente tutti sono utili, ma alla fine sono gli ingegneri
che fanno le cose”
“CIVIL ENGINEERS MAKE THE DIFFERENCE.
THEY BUILD THE QUALITY OF LIFE”

Diapositiva 1

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