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 1franco.bontempi@uniroma1.it

Sommario

IntroduzioneIl carattere sistemico degli eventi eccezionali

Parte IRobustezza strutturale

Parte IIIdentificazione di scenari per azioni estreme

IntroduzioneIl carattere sistemico degli eventi eccezionali

Parte IRobustezza strutturale

Parte IIIdentificazione di scenari per azioni estreme

Sommario

4

Il concetto di sistema strutturale

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

6

Modello di sviluppo di un evento eccezionale

(Adattato da

Reason, 1990)

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

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 .

Sommario

IntroduzioneIl carattere sistemico degli eventi eccezionali

Parte IRobustezza strutturale

Parte IIIdentificazione di scenari per azioni estreme

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.

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

17/10/2012 12franco.bontempi@uniroma1.it

Livelli di crisi: PARTI vs SISTEMA

SLE

/SLU

: ver

ifich

esu

llepa

rtis

trut

tura

li

ROBUSTEZZA: verifica sulsistema strutturale

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 13franco.bontempi@uniroma1.it

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 14franco.bontempi@uniroma1.it

Per strutture soggette a eventi eccezionali è importante garantire modi di collassifavorevoli, in genere attraverso confinamento del meccanismo di collasso (implosione).

17/10/2012 15franco.bontempi@uniroma1.it

Collassi favorevoli vs sfavorevoli

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

Sommario

IntroduzioneIl carattere sistemico degli eventi eccezionali

Parte IRobustezza strutturale

Parte IIIdentificazione di scenari per azioni estreme

STRUTTURA REALE

MODELLAZIONE CON STRAUS7

17/10/2012 18franco.bontempi@uniroma1.it

Incendio

Start

Analisi Qualitativa

Analisi Quantitativa

Verifiche

Presentazione dei risultati

end

SI NO

Definizione degli scenari di incendio

1° SCENARIO t CR= 670 sec = 11 min TCR= 675 °C

17/10/2012 20franco.bontempi@uniroma1.it

2° SCENARIO

3° SCENARIO

t CR= 950 sec =16 min TCR= 725 °C

t CR= 1110 sec = 19 min TCR= 750 °C

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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

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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

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]

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

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

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Simulazione degli effetti di una esplosione

Spostamento verticale impresso

ANALISI NON LINEARE CICLICA

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 franco.bontempi@uniroma1.it

Analisi dei risultati

28/25Faculty of Civil and Industrial Engineering

Department of Structural and Geotechnical Engineering17/10/2012 franco.bontempi@uniroma1.it

Modellazione tridimensionale

Modellazione dettagliata degli elementi in c.a , della malta, delle barre in acciaio

158634 elementi solidi9106 elementi bar31639 nodi142941 gradi di libertà

29

Utilizzo di diversi software

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

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17/10/2012 31franco.bontempi@uniroma1.it

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