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SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLO
DELL’INGEGNERE E DELL’ARCHITETTO
Paolo Clemente, PhD Dirigente di Ricerca
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
PAOLO CLEMENTE
SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLO DELL’INGEGNERE E DELL’ARCHITETTO
I PROFESSIONISTI E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
Ordine degli Ingegneri della provincia di Bergamo, 7 marzo 2016
SVILUPPO SOSTENIBILE
Sviluppo economico soddisfacente ◄► Rispetto dell’ambiente
Sviluppo ►
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)
• inquinamento, accumulo dei rifiuti e degrado ambientale
• aumento della popolazione e crescita urbana disordinata
• riduzione risorse naturali
• deterioramento delle infrastrutture
• aumento e diffondersi di malattie e conflitti sociali,
economici e politici
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I PROFESSIONISTI E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
Ordine degli Ingegneri della provincia di Bergamo, 7 marzo 2016
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"
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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
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OBIETTIVI PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE
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
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
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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
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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
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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
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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.
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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
Peggioramento qualità aria e
livello rumore ► livello vita
Aumento del trasporto privato
(reso possibile dallo sviluppo
dell’industria dell’automobile che ha
reso le auto sempre più economiche)
Costruzione di nuove strade
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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)
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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
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LE STRUTTURE UNDERGROUND
Oggi hanno altre
funzioni: ►
Rifugi sotto terra
del passato ►
• conservare beni
• fronteggiare condizioni climatiche estreme
• difendersi da attacchi bellici
• 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
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STAZIONE TERMINI, ROMA
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BOSCO VERTICALE
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EDIFICI ALTI
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
Edificio città H (m) piani anno
Burj Khalifa Dubai 828 163 2010
Shanghai Tower Shanghai 632 121 2013
Abraj Al Bait La Mecca 601 95 2011
One World Trade Center New York 541 104 2012
Taipei 101 Taipei 509 101 2004
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Incremento di
dimensioni dei mezzi natanti
volume del traffico marino
PONTI DI GRANDE LUCE
lim 8 1k
w p Ap eq c
spazio libero richiesto
per la navigazione
Vantaggi:
Struttura più pesante
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
Futuro:
Limiti:
k fm
cos
“I ponti sono un monumento al progresso”.
“Quando si costruisce un ponte, si costruisce qualcosa per la storia”
(J. Strauss)
Materiali più resistenti e più leggeri
Compositi, fibra di carbonio, leghe leggere, calcestruzzi ad
alta resistenza, promettenti ma costosi
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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
Ponti: circa il 30% presenta
problemi strutturali che possono
portare al collasso
SAMCOEurope
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
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SISTEMI, STRUTTURE E MATERIALI
Sostenibilità
di sistemi
complessi
Sostenibilità dei singoli
componenti del sistema,
ossia sostenibilità di ogni
struttura
Materiali, componenti
edilizi e tecnologie
costruttive
Produzione industriale di
tipo eco-orientato
Materie prime rinnovabili
Prodotti a limitato consumo energetico
Nessun rilascio di sostanze nocive
Riciclaggio per dismissione
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
Sostenibilità dei
singoli elementi
strutturale e dei
materiali
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A
A
SOLAIO LEGNO-CLS
Travetti Compound® in legno lamellare di Abete rosso
certificato a norme DIN
Elementi di interposizione
Soletta in c.a.
Malta a stabilità volumetrica
Traliccio in acciaio elettrosaldato di tipo “Bausta”
inserito meccanicamente tramite una particolare fresatura
ad incastro
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POSA IN OPERA
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PUNTI DI FORZA DEL SOLAIO COMPOUND
Tecnologia altamente industrializzata
utilizzo di travi lamellari e di tralicci metallici standard
getto di malta a stabilità volumetrica
confezionamento e assemblaggio
Volumi e pesi contenuti
azioni sismiche ridotte
gestione logistica, trasporti e movimentazioni agevolati
posa in opera veloce e sicura (autoportanza)
Economicità del prodotto finito
rispetto ad altri solai misti legno-cls e latero-cemento
Legno + laterizio (p.p. = 2.00 kN/m2)
massa idonea per un buon isolamento termico
collaborazione del laterizio con soletta
A
A
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DIFFERENZE CON ALTRI SOLAI
Connessione
malta a stabilità volumetrica,
pioli/denti di legno e cls
traliccio metallico
non mediante resine speciali e connettori metallici
Soletta in c.a.
Diaframma rigido che garantisce il collegamento con le strutture verticali e la
rigidezza infinita del solaio nel proprio piano
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PROVE DI PUSH-OUT - ISTEDIL
300
660 100
408
60
300
50 200 54 5054
A
A
104
175
125
200
1500
Sezione A-A
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ANALISI NUMERICHE Tensione di compressione parallela
Tensione tangenziale
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
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PUSH-OUT: UNITN
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SOLAIO: PROVINO
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SOLAIO: APPARATO PROVA – UNITN
P/4 P/4
662,5 1325 1325 1325 662,5
( cerniera ) ( carrello )
2120 530 2120
T2
T4
G1
G2
T1
T3
G3
G5
Trasduttori per il rilievo dello
scorrimento relativo alle testate
Trasduttori per il rilievo dello
spostamento verticale
T2 T1
G2
G1 G3Trasduttori per il rilievo dello
scorrimento relativo alle testate
Trasduttori per il rilievo dello
scorrimento relativo alle testate
Trasduttori per il rilievo dello
spostamento verticale
Trasduttori per il rilievo dello
spostamento verticale
P/4P/4
G4
G4
G6
G5G6
T4 T3
530
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SOLAIO: PROVA DI CARICO – UNITN
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RISULTATI AK 150 1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
-0,2 0 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]
ca
ric
o [
kN
/m2]
T2
T4
AK 150 1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 20 40 60 80 100 120 140 160
freccia [mm]
ca
ric
o [
kN
/m2] G1
G2
G3
G4
G5
G6
Forza – Scorrimento
Carico – Freccia
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PROGETTO CAMPEC
Prove sismiche su
tavola vibrante di una
struttura in muratura
con copertura a
solaio in legno tipo
“Compound”
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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
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MODELLO IN SCALA
Solaio Compound
Tiranti in acciaio
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MODELLO SPERIMENTALE
Analisi numerica (modello FEM)
Analisi sperimentale
Confronto tra risultati
sperimentali e numerici
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PROVE SU TAVOLA VIBRANTE
0 4 8 12 16 20t (sec)
-8
-4
0
4
8
Acce
lera
zio
ne
(m
/se
c2)
A31 latrealtà
Sap
0 4 8 12 16 20t (sec)
-6
-4
-2
0
2
4
6
Acce
lera
zio
ne
(m
/se
c2)
A32 lonrealtà
Sap
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
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COLLASSO
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TAMPOPLAST
Elemento giunto
sup. e inf.
Elemento giunto laterale
Elemento montante
Pareti in blocchi connessi con elementi in materiale plastico e relativi elementi
costitutivi – (Brevetto ENEA – P. Clemente)
Elemento giunto
(cappello)
Elemento Fascia
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TAMPOPLAST
Pareti con notevole resistenza fuori dal
piano
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TAMPOPLAST: PROVE A TAGLIO
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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
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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
2003
70% in zone 1, 2, 3
Introd. zona 4
1981
43% in zone 1, 2 e 3
Introd. zona 3
2008: definizione puntuale dei parametri di pericolosità. Scompaiono le zone
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NORME TECNICHE
D.M. LL.PP. 03/03/1975
Norme tecniche per le
costruzioni in zone
sismiche 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)
63.8% delle abitazioni in Italia costruito prima del 1971 (dati ISTAT)
non rispondono, nominalmente, a criteri di sicurezza sismica
Fh3
Fh3
Fh3
z3
z2
z1
(G+Q)2/8
(G+Q)1/8 0.5 (G+Q)
(G+Q)T/6
D.L. 5 novembre 1916 (TU) n.
1526
forze statiche simulanti l'azione
sismica
G = carichi permanenti
Q = carichi variabili
hi i iF C R W
0.00
0.05
0.10
0 1 2 3 4
a/g
= CR
(g
)
T (s)
zona I
zona II
zona III (1981)
PAOLO CLEMENTE
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I PROFESSIONISTI E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
Ordine degli Ingegneri della provincia di Bergamo, 7 marzo 2016
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
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I PROFESSIONISTI E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
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PGA: per ciascun sito in funzione della prob. di superamento PNCR in 50 anni
PNCR è correlata al periodo di ritorno TNCR
PNCR = 10% in 50 anni
TNCR = 475 anni
PNCR = 63% in 50 anni
TNCR = 50 anni
PNCR = 2% in 50 anni
TNCR = 2475 anni
PERICOLOSITÀ SISMICA DI BASE
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
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PROBABILISTIC G.A.– DETERMINISTIC G.A.
PGA
TNCR = 2475 anni
DGA
Neo-deterministico
(Panza et al.)
(Panza et al.) Quasi ovunque
PGA > DGA
PAOLO CLEMENTE
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0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.01 0.10 1.00P
GA
(g)
PNCR
TERREMOTO DI PROGETTO
PNCR = 2% in 50a
Scelta ingegneristica? No: comportamento stutturale e duttilità
Scelta politica: Si: non investiamo sulla nostra sicurezza
Scelta sostenibile ? NO!! Non sicura, scarsa prevenzione
PNCR = 10% in 50a
0.0
0.2
0.4
0.6
0.0 0.1 0.2 0.3
PG
A f
or
PN
CR=
2%
(g
)
PGA for PNCR=10% (g)
y = 2.36x
y = 1.37x
PAOLO CLEMENTE
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0.0
0.1
0.2
0.3
0.01 0.10 1.00
PG
A (
g)
PR
MIRANDOLARigid Soil
IL “PICCO DELLA MIRANDOLA”
32 36 40 44
t (s)
-300
-200
-100
0
100
200
300
acc (
cm/s/
s)
32 36 40 44
t (s)
-300
-200
-100
0
100
200
300
acc (
cm/s/
s)
32 36 40 44
t (s)
-300
-200
-100
0
100
200
300
acc (
cm/s/
s)
2012141020324.84.MRN
MIRANDOLA
NS
UP
WE
PGA = 0.265g in superficie PGA = 0.16g al bedrock
Edifici esistenti:
non antisismici
Edifici industriali:
labili per azioni
orizzontali
S = 1.7
Zone prima non sismiche ► Edifici più vulnerabili
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Ai 3 siti si hanno differenti risposte allo stesso evento sismico
RISPOSTA SISMICA LOCALE
Array velocimetrico a Belmonte Castello (FR): Receiver Functions
di registrazioni di aftershocks del sisma dell’Aquila, 2009
R
0
2
4
6
8
0 5 10 15f (Hz)
R - SN/UP
R - WE/UP
S
0
2
4
6
8
0 5 10 15f (Hz)
S - SN/UP
S - WE/UP
B
0
2
4
6
8
0 5 10 15f (Hz)
B - SN/UP
B - WE/UP
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Definizione MOPS:
microzone omogenee in prospettiva sismica
(amplificative e non)
MICROZONAZIONE SISMICA
Livello I
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
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PROPOSTA STATI LIMITE
Obiettivo: SLD con PNCR = 10% in 50 anni qmax 2
Zona ad altissima sismicità: limiti sulle dimensioni e/o
moderne tecnologie
SLU: PNCR = 2 % in 50 anni
(ovunque)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.01 0.10 1.00
PG
A (
g)
PNCR
SLD: Se = Se,max =
= f (materiali e tipologia)
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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
0
0
Se (g)
Sd (g)
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
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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
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INTRODUZIONE ALL’ISOLAMENTO SISMICO
Disaccoppiamento tra moto della struttura e del terreno
È possibile progettare in campo elastico
Riduzione azioni
sismiche
Se,is/Se,bf < 0.20
Aumento
spostamento
SDe > 0.20 m
alla base
Se (accelerazione) SDe (spostamento)
T Tbf Tis
Spettro di risposta elastico = massima accelerazione Se nella struttura in
funzione del suo periodo fondamentale di vibrazione T
Tbf = 0 ÷ 1 sec Tis ≥ 2 sec
Acc. al
suolo
Scelta sostenibile
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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
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ISOLATORI ELASTOMERICI ARMATI (HDRB)
63
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ISOLATORI A SCORRIMENTO (SD)
64
Appoggi acciaio-PTFE con bassi valori delle resistenze per attrito
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ISOL. A SCORRIM. CON SUPERFICI CURVE (CSS)
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È SOSTENIBILE?
Confronto BF – IS
(ed. In c.a.)
5+1 livelli
Per un efficace confronto:
architettonici devono essere simili
valori economici devono essere simili
Parete di sostegno
Isolatori
28 29 30
22 23 24
16 17 18
272625
212019
151413
10 11 12987
4 5 6321
350 350 350 350
30
03
00
30
0
120
350
30
0
12
00
1750
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28 29 30
22 23 24
16 17 18
272625
212019
151413
10 11 12987
4 5 6321
350 350 350 350
30
03
00
30
0
120
350
30
0
12
00
1750
STRUTTURA
b) Soluzione più idonea per IS
Stessa posizione dei pilastri
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
350 700
60
0
120
700
60
0
12
00
1750
28 30
16 18
2725
1513
4 631
a) Soluzione più idonea per BF
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CONFRONTO IS – BF, SUOLO M
Descrizione Se=0.47g Se=0.78g Se=1.09g
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 1.01 1.02
28 29 30
22 23 24
16 17 18
272625
212019
151413
10 11 12987
4 5 6321
350 350 350 350
30
03
00
30
0
120
350
30
0
12
00
1750
350 700
60
0
120
700
60
0
12
00
1750
28 30
16 18
2725
1513
4 631
(a) (b)
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SICUREZZA E EFFICIENZA ENERGETICA
Non è sostenibile realizzare
• strutture tecnologicamente avanzate ma non sicure ► anche sisma di
medio-bassa intensità può danneggiarle
• 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
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ISOLAMENTO SISMICO IN EDIFICI IN MURATURA
71
Edificio ENEA – ANDIL
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EDIFICIO ENEA – ANDIL: PIANO TIPO
72
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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
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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 base dei
risultati sperimentali)
Operazioni costose ma indispensabili per:
• Diagnosi: valutazione dell’affidabilità strutturale
• Terapia: definizione degli eventuali interventi
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Tecniche tradizionali non adatte per adeguamento sismico edifici storici:
TECNICHE TRADIZIONALI E INNOVATIVE
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
Incremento di resistenza e duttilità
Irreversibili
Materiali diversi e incompatibili
Modifica concezione strutturale
originaria
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Destroid by the earthquake of 1906
Recostructed in 1912
Damaged during the earthquake of
Loma Prieta in 1989
Retrofit, 2000 (530 LRB, 62 SD)
CITY HALL DI SAN FRANCISCO
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Masonry building 4 levels (55 years)
Retrofit, by means of “Medium Damping Rubber
Bearings” (MDNB),
2002
(courtesy by prof. M. Melkumyian)
SCHOOL BUILDING IN VANADZOR, ARMENIA
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IRAN BASTAN MUSEUM (TEHRAN)
(P. Clemente, A. Santini, M.G. Ashtiany)
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ST. CATHOGHIKEH (YEREVAN, ARMENIA)
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Parete
interna
Isolatori
Inseriti previa rimozione degli
elementi di connessione
Settore cilindrico
superiore
Settore cilindrico inferiore
Tubi in c.a. inseriti a con tecnica
spingitubo o microtunnelling (D ≥ 2 m)
Terreno
Gap
STRUTTURA ISOL. SISMICO EDIFICI ESISTENTI Brevetto internaz.: P. Clemente (ENEA), A. De Stefano, G. Barla (POLITO)
Parete
esterna Connessione rigida
tra l’edificio e il
sistema di isolamento
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PALAZZO MARGHERITA: PROGETTO
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SVILUPPO = PREVENZIONE + INFORMAZIONE
EDIFICIO NON
ANTISISMICO
Edifici non adeguati:
• No scuole
• No ospedali
• No edifici strategici
Edifici vecchi (non storici):
• Demolizione e ricostruzione
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SICUREZZA E SOSTENIBILITÀ
Indice (o classe) di sicurezza: misura la sicurezza dell’edificio e deve
essere non inferiore ad un minimo prefissato
SICUREZZA STRUTTURALE VALORE DI MERCATO
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
Come per l’efficienza energetica:
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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 sul premio di
assicurazione
Assicurazioni: bassa probabilità di dover
risarcire danni
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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
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ESPERIENZE IN ALTRI STATI EUROPEI
Spagna
lo Stato gestisce direttamente il rischio da catastrofi naturali
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
Italia
appare evidente che occorre soprattutto superare un limite culturale: ci si
dovrebbe assicurare sperando di non averne bisogno e non di trarne
benefici
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QUANTO COSTA?
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
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
PAOLO CLEMENTE
SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLO DELL’INGEGNERE E DELL’ARCHITETTO
I PROFESSIONISTI E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
Ordine degli Ingegneri della provincia di Bergamo, 7 marzo 2016
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
SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLO DELL’INGEGNERE E DELL’ARCHITETTO
I PROFESSIONISTI E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
Ordine degli Ingegneri della provincia di Bergamo, 7 marzo 2016
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
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
Gruppo di esperti (nominati dal consiglio di amministrazione) redige:
regolamento di organizzazione, di funzionamento e di gestione del Fondo
PAOLO CLEMENTE
SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLO DELL’INGEGNERE E DELL’ARCHITETTO
I PROFESSIONISTI E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
Ordine degli Ingegneri della provincia di Bergamo, 7 marzo 2016
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”