made expo 2012 arangio bontempi
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Stefania ARANGIO & Franco BONTEMPIFacolta’ di Ingegneria Civile e Industriale,
Universita’ degli Studi di Roma La Sapienza
SCENARI PER AZIONI
ESTREME
Progettazione per le azioni eccezionali -Esplosioni, Incendi e Urti
Forum della Tecnica delle Costruzioni 2012
17/10/2012 [email protected]
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Sommario
IntroduzioneIl carattere sistemico degli eventi eccezionali
Parte IRobustezza strutturale
Parte IIIdentificazione di scenari per azioni estreme
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IntroduzioneIl carattere sistemico degli eventi eccezionali
Parte IRobustezza strutturale
Parte IIIdentificazione di scenari per azioni estreme
Sommario
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4
Il concetto di sistema strutturale
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HPLCHIGH PROBABILITY
LOW CONSEQUENCES
LPHCLOW PROBABILITY
HIGH CONSEQUENCES
COMPLEXITY:
Nonlinear Behavior and
Structural Organization
PROBLEM
FRAMEWORK
Deterministic
Stochastic
QUALITATIVE /
DETERMINISTIC
ANALYSIS
QUANTITATIVE
PROBABILISTIC
ANALYSIS
PRAGMATIC
SCENARIOS
ANALYSIS
EVENTI HPLC vs LPHC
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6
Modello di sviluppo di un evento eccezionale
(Adattato da
Reason, 1990)
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STRUCTURAL CONCEPTION
STRUCTURAL TOPOLOGY
&GEOMETRY
threats
No
Yes
threats
STRUCTURALMATERIAL& PARTS
No
Yespassive structural
characteristics
threats
FIRE DETECTION& SUPPRESSION
No
Yes
active structural
characteristicsthreats
ORGANIZATION & FIREFIGHTERS
No
Yes
threats
MAINTENANCE& USE
No
Yes
threats
No
alivestructural
characteristics
Yes
CARATTERISTICHE DEL SISTEMA
STRUTTURALE
DEBOLEZZE DEL SISTEMA STRUTURALE
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DEFINE CONTEXT
(social, individual, political,
organizational, technological)
DEFINE SYSTEM
(the system is usually decomposed into
a number of smaller subsystems and/or
components)
HAZARD SCENARIO ANALYSIS
(What can go wrong?
How can it happen?
What controls exist?)
ESTIMATE
CONSEQUENCES
(magnitude)
ESTIMATE
PROBABILITIES
(of occurrence)
DEFINE RISK SCENARIOS
RISK ASSESSMENT
(compare risks against
criteria
SENSITIVITY
ANALYSIS
RISK TREATMENT
Option 1 – avoidance
Option 2 – reduction
Option 3 – transfer
Option 4 - acceptance
MONITOR
AND
REVIEW
RISK ANALYSIS
RISK
ASSESSMENT
RISK
MANAGEMENT
La gestione del rischio
Non è possibile assegnare delle probabilità di
accadimento.
In caso di azioni estreme non è quindi possibile
applicare approcci probabilistici .
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Sommario
IntroduzioneIl carattere sistemico degli eventi eccezionali
Parte IRobustezza strutturale
Parte IIIdentificazione di scenari per azioni estreme
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Azioni estreme e robustezza strutturale
NTC2008 – PRINCIPI FONDAMENTALI
Le opere devono possedere il requisito di robustezza nei confronti diazioni eccezionali intesa come la «capacità di evitare dannisproporzionati rispetto all’entità delle cause innescanti quali incendio,esplosioni, urti».
Il requisito di robustezza strutturale puo’ essere raggiunto anchemediante l’adozione di opportune scelte progettuali e di adeguatiprovvedimenti costruttivi.
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ATTRIBUTES
RELIABILITY
AVAILABILITY
SAFETY
MAINTAINABILITY
INTEGRITY
SECURITY
FAILURE
ERROR
FAULT
permanent interruption of a system ability
to perform a required function
under specified operating conditions
the system is in an incorrect state:
it may or may not cause failure
it is a defect and represents a
potential cause of error, active or dormant
THREATS
NEGATIVE CAUSEST
RU
CT
UR
AL
QU
ALI
TY
Circolare, Armatura a spirale
Rettangolare, Staffatura
Capacita’ minima richiesta
Capacita’ nominale
Meno ROBUSTA Piu’ ROBUSTA
Robustezza strutturale
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17/10/2012 [email protected]
Livelli di crisi: PARTI vs SISTEMA
SLE
/SLU
: ver
ifich
esu
llepa
rtis
trut
tura
li
ROBUSTEZZA: verifica sulsistema strutturale
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SUDDIVIDERE LA COSTRUZIONI IN COMPARTIMENTI IN MODO TALE CHE IL COLLASSO DI UNA PARTE DELLA STRUTTURA NON SI PROPAGHI ALLE P ARTI ADIACENTI
17/10/2012 [email protected]
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AUMENTANDO LA CONNESSIONE DELLE PARTI STRUTTURALI, INTRODUCENDO UN ELEVATO GRADO DI CONTINUITA’, IN MODO CHE LE AZIONI SI POSSANO TRASFERIRE
DALLA PARTE COLLASSATA A QUELLE ADIACENTI, OVVERO LA COSTRUZIONE POSSEGGA AL SUO INTERNO UNA RIDONDANZA DI PERCORSI ATTI A TRASMETTERE
L’AZIONE
17/10/2012 [email protected]
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Per strutture soggette a eventi eccezionali è importante garantire modi di collassifavorevoli, in genere attraverso confinamento del meccanismo di collasso (implosione).
17/10/2012 [email protected]
Collassi favorevoli vs sfavorevoli
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Immagini da Ortolani e Spizuoco, 2009
Un esempio di mancanza di robustezza strutturale
Durante una alluvione (2009) un masso trascinato dalla corrente ha urtato violentemente il pilone del viadotto causando la chiusura dell’autostrada per vari giorni
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Sommario
IntroduzioneIl carattere sistemico degli eventi eccezionali
Parte IRobustezza strutturale
Parte IIIdentificazione di scenari per azioni estreme
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Start
Analisi Qualitativa
Analisi Quantitativa
Verifiche
Presentazione dei risultati
end
SI NO
Definizione degli scenari di incendio
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2° SCENARIO
3° SCENARIO
t CR= 950 sec =16 min TCR= 725 °C
t CR= 1110 sec = 19 min TCR= 750 °C
17/10/2012 [email protected]
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1° SCENARIO
3° SCENARIO 4° SCENARIO
2° SCENARIO
t CR= 670 sec TCR= 675 °C
t CR= 1110 sec TCR= 750 °C
t CR= 950 sec TCR= 725 °C
t CR= 4445 sec TCR= 975 °C
17/10/2012 [email protected]
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Pa
rt I
II
Pressure
Envelope
[barg]
yielding wall
unyielding wall
restaurant
kitchen
010103
bar
010103restaurant
bar
010102
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Pre
ssu
re
[ b
arg
]
time [ sec ]
P14 010101
P14 010102
P14 010103
(after
PIERLUIGI
OLMATI)
23
Simulazione di scenari di esplosione
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Definizione degli scenari: esempioTOPICS SITUAZIONE REALE MODELLO NUMERICOPROBLEMA CONS IDERATO
Collasso di una parete non strutturale
«Congestione domestica»
Posizione del punto di innesco
Interazione fluido-struttura
Variazione del comportamento strutturale a seconda del tipo di parete
Differenti sviluppi dell’esplosione nel tempo e nello spazio lasciando immutate le caratteristiche geometriche dello scenario
kitchen
010103
frangible wall
un-frangible wall
restaurant
kitchen bar
010103
010103restaurant
bar
[1]
[2]
[3]
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25/25Faculty of Civil and Industrial Engineering
Department of Structural and Geotechnical Engineering
(after
ANGELA
SAVIOTTI)
Analisi di elementi di connessione in caso di azioni eccezionali
![Page 26: MADE EXPO 2012 arangio bontempi](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051313/5484b6f0b4af9f7d0d8b4c39/html5/thumbnails/26.jpg)
26/25Faculty of Civil and Industrial Engineering
Department of Structural and Geotechnical Engineering
Federal Building in
Oklahoma City -
http://911research.wtc7.n
et/index.html
17/10/2012 [email protected]
Simulazione degli effetti di una esplosione
Spostamento verticale impresso
ANALISI NON LINEARE CICLICA
![Page 27: MADE EXPO 2012 arangio bontempi](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051313/5484b6f0b4af9f7d0d8b4c39/html5/thumbnails/27.jpg)
27/25Faculty of Civil and Industrial Engineering
Department of Structural and Geotechnical Engineering
Configurazione deformata (step 25 – spostamento
impresso δ=80 mm)
17/10/2012 [email protected]
Analisi dei risultati
![Page 28: MADE EXPO 2012 arangio bontempi](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051313/5484b6f0b4af9f7d0d8b4c39/html5/thumbnails/28.jpg)
28/25Faculty of Civil and Industrial Engineering
Department of Structural and Geotechnical Engineering17/10/2012 [email protected]
Modellazione tridimensionale
Modellazione dettagliata degli elementi in c.a , della malta, delle barre in acciaio
158634 elementi solidi9106 elementi bar31639 nodi142941 gradi di libertà
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29
Utilizzo di diversi software
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FB LS SA FP LG CC FG fb PO KG SM
Franco Luca Stefania Francesco Luisa Chiara Filippo Francesca PierluigiKonstanti
nosSauro
Bontempi Sgambi Arangio Petrini Giuliani Crosti Gentili Brando Olmati Gkoumas Manenti
17/10/2012 [email protected]