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Progetto e analisi di ospedali come costruzioni strategiche:
visione di sistema, norme tecniche, azione sismica,
robustezza strutturale.
franco.bontempi@uniroma1.it 1
robustezza strutturale.Franco Bontempi
Ordinario di Tecnica delle CostruzioniFacoltà di Ingegneria
Università degli Studi di Roma La Sapienza
Via Eudossiana 18 – 00184 ROMARieti Giugno 2010
CONTENUTI1. Ospedali come costruzioni strategiche2. Organizzazione delle Norme Tecniche
per le Costruzioni3. Impostazione del progetto delle strutture
strategiche
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strategiche4. Strutturale / Non strutturale5. Stati limite e
progettazione prestazionale6. Robustezza strutturale7. Costruzioni esistentiRieti Giugno 2010
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Ospedali come costruzioni
strategiche
Complessita’ e visione di sistema
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Simple and complex forms in
plan and elevation
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Hospital services interrelationship
matrix
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Patient flow in an emergency
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Typical hospital activities and
relative importance in an emergency
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HUMANWARESOFTWARE
SERVIZIFUNZIONI
CO
MP
OR
TA
ME
NT
O
UM
AN
O
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HARDWARE
COSTRUZIONE(MATERIALI – COMPONENTI)
CO
MP
OR
TA
ME
NT
O
UM
AN
O
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Organizzazione delle Norme
Tecniche per le Costruzioni
Basi delle Norme
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franco.bontempi@uniroma1.it 141414Rieti Giugno 2010
CAPITOLO 2:
SICUREZZA
E
PRESTAZONI
ATTESE
CAPITOLO 3:
AZIONI
AMBIENTALI
DOMANDA
CAPITOLO 5:
NORME
SULLE
COSTRUZIONI
CAPITOLO 7:
NORME PER LE
OPERE
INTERAGENTI
PRODOTTO
CAPITOLO 11:
MATERIALI
E
PRODOTTI
PER USO
STRUTTURALE
CONTROLLO
CAPITOLO 4:COSTRUZIONI
CIVILI E
INDUSTRIALI
CAPITOLO 5:
PONTI
CAPITOLO 9:
COLLAUDOSTATICO
CAPITOLO 10:
REDAZIONE DEIPROGETTI
CAPITOLO 2:
SICUREZZA
E PRESTAZIONIATTESE
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QUALITA’
CAPITOLO 6:
AZIONI
ANTROPICHE
CAPITOLO 4:
AZIONI
ACCIDENTALI
INTERAGENTI
CON I TERRENI E
CON LE ROCCE,
PER GLI
INTERVENTI NEI
TERRENI E PER
LA SICUREZZA
DEI PENDII
CAPITOLO 9:
NORME
SULLE
COSTRUZIONI
ESISTENTI
STRUTTURALE
CAPITOLO 10:
NORME PER LA
REDAZIONI DEI
PROGETTI
ESECUTIVI
CAPITOLO 8:
COLLAUDO
STATICO
15
CAPITOLO 3:
AZIONI
SULLE
COSTRUZIONI
CAPITOLO 6:
PROGETTAZIONE
GEOTECNICA
CAPITOLO 7:
PROGETTAZIONE
PER AZIONISISMICHE
CAPITOLO 8:COSTRUZIONI
ESISTENTI
PROGETTISTRUTTURALI
ESECUTIVI
E DELLE
RELAZIONI DI CALCOLO
CAPITOLO 11:MATERIALI
E PRODOTTIPER USO
STRUTTURALERieti Giugno 2010
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DUE DILIGENCE
• Due diligence (also known as due care) is theeffort made by an ordinarily prudent orreasonable party to avoid harm to another party.Failure to make this effort is considerednegligence.
• It is necessary to discover all risks and
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• It is necessary to discover all risks andimplications regarding a decision to be made
• Due diligence is also a dynamic concept inthat it is a constantly evolving standard of carethat is determined by the requirements of law,industry standards as well as professional andother codes of practice.
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Impostazione del progetto delle strutture strategiche
Basi della progettazione degli ospedali
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Vita nominale
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Classi d’uso
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Periodo di riferimento
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Orizzonte temporale
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Demand for Medical Services after
an Earthquake
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Requisiti strutturali• Sicurezza nei confronti di Stati Limite Ultimi (SLU):
capacità di evitare crolli, perdite di equilibrio e dissesti gravi, totali o parziali, che possano compromettere l’incolumità delle persone ovvero comportare la perdita di beni, ovvero provocare gravi danni ambientali e sociali, ovvero mettere fuori servizio l’opera;
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ambientali e sociali, ovvero mettere fuori servizio l’opera;
• Sicurezza nei confronti di Stati Limite Esercizio (SLE): capacità di garantire le prestazioni previste per le condizioni di esercizio;
• Robustezza nei confronti di azioni eccezionali: capacità di evitare danni sproporzionati rispetto all’entità delle cause innescanti quali incendio, esplosioni, urti.
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STRUCTURAL DECOMPOSITION
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Conceptual solutions
for structural reinforcement
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Strutturale / Non strutturale
Azione sismica
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Azione sismica
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Accelerazioni
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Spostamenti
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Collasso strutturale (1)
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Collasso strutturale (2)
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Parti strutturali
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Parti non strutturali
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Danno non strutturale
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Typical investments in building construction (after E. Miranda)
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Equipment with restraints
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Sample fragility of a water tank/pipeline nonstructural system
(Grigoriu and Kafali, 2003)
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Stati limite e progettazione prestazionale
Criteri decisionali
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Definizione di Stato Limite
• La sicurezza e le prestazioni di un’opera o di una parte di essa devono essere valutate in relazione agli stati limite che si possono verificare durante la vita nominale.
• Stato limite è la condizione superata la quale l’opera non soddisfa più le esigenze per le quali
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• Stato limite è la condizione superata la quale l’opera non soddisfa più le esigenze per le quali è stata progettata.
• Il superamento di uno stato limite ultimo ha carattere irreversibile e si definisce collasso.
• Il superamento di uno stato limite di eserciziopuò avere carattere reversibile o irreversibile.
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Livelli di danno
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Risk acceptance matrix and costs
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Livelli di prestazioni: incendio
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Robustezza strutturale
Situazioni estreme
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Esempio di robustezza
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Design Strategy #1: CONTINUITY
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Design Strategy #2:COMPARTIMENTALIZATION
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Levels of Structural Crisis
Us
ua
l U
LS
& S
LS
Ve
rifi
ca
tio
n F
orm
at
1st level:Material
Point
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Us
ua
l U
LS
& S
LS
Ve
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ca
tio
n F
orm
at
Structural Robustness
Assessment
2nd level:ElementSection
3rd level:StructuralElement
4th level:StructuralSystem
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Bad vs Good CollapseSTRUCTURE
& LOADSCollapse
Mechanism
NO SWAY
“IMPLOSION”OF THE
STRUCTURE
is a process in which objects are destroyed by
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objects are destroyed by collapsing on themselves
“EXPLOSION”OF THE
STRUCTURE
is a processNOT CONFINED
SWAY
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www.francobontempi.org
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Costruzioni esistenti
Approccio prestazionale
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START
APPLICAZIONEDI
REGOLE PRESTABILITE
START
DEFINIZIONE E DISANIMADEGLI OBIETTIVI
INDIVIDUAZIONE DELLE SOLUZIONI ATTE A RAGGIUNGERE GLI
OBIETTIVI
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PRESTABILITE E
TECNICHEPREDEFINITE
END END
ATTIVITA' DIMODELLAZIONE E MISURA
GIUDIZIO DELLEPRESTAZIONI RISULTANTI
No
Yes
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Elementi CostituentiElementi Costituenti
Elementi CostituentiElementi Costituenti
Elementi CostituentiElementi Costituenti
Elementi CostituentiElementi Costituenti
Elementi CostituentiElementi Costituenti
prescrittivo
Elementi CostituentiElementi CostituentiElementi CostituentiElementi CostituentiElementi CostituentiElementi Costituenti
Elementi CostituentiElementi CostituentiElementi CostituentiElementi Costituenti
Elementi CostituentiElementi CostituentiElementi CostituentiElementi Costituenti
Elementi CostituentiElementi CostituentiElementi CostituentiElementi Costituenti
Elementi CostituentiElementi CostituentiElementi CostituentiElementi Costituenti
prescrittivo
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Req
uis
iti
Req
uis
iti
Req
uis
iti
Req
uis
iti
pres
tazi
onal
e
Req
uis
iti
Req
uis
iti
Req
uis
iti
Req
uis
iti
Req
uis
iti
Req
uis
iti
pres
tazi
onal
e
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Costruzioni esistenti (1)• La valutazione della sicurezza e la progettazione
degli interventi su costruzioni esistenti devono tenere conto dei seguenti aspetti:– la costruzione riflette lo stato delle conoscenze al
tempo della sua realizzazione;– possono essere insiti e non palesi difetti di
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– possono essere insiti e non palesi difetti di impostazione e di realizzazione;
– la costruzione può essere stata soggetta ad azioni, anche eccezionali, i cui effetti non siano completamente manifesti;
– le strutture possono presentare degrado e/o modificazioni significative rispetto alla situazione originaria.
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Costruzioni esistenti (2)• Si dovrà prevedere l’impiego di metodi di
analisi e di verifica dipendenti dalla completezza e dall’affidabilità dell’informazione disponibile e l’uso, nelle verifiche di sicurezza, di adeguati “fattori di
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verifiche di sicurezza, di adeguati “fattori di confidenza”, che modificano i parametri di capacità in funzione del livello di conoscenza relativo a geometria, dettagli costruttivi e materiali
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Valutazione della sicurezza
• La valutazione della sicurezza deve permettere di stabilire se:– l’uso della costruzione possa continuare senza interventi;– l’uso debba essere modificato (declassamento, cambio di
destinazione e/o imposizione di limitazioni e/o cautele nell’uso);– sia necessario procedere ad aumentare o ripristinare la capacità
portante.
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portante.• La valutazione della sicurezza dovrà effettuarsi ogni qual
volta si eseguano interventi strutturali e dovrà determinare il livello di sicurezza prima e dopo l’intervento.
• Il Progettista dovrà esplicitare, in un’apposita relazione, i livelli di sicurezza attuali o raggiunti con l’intervento e le eventuali conseguenti limitazioni da imporre nell’uso della costruzione.
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Categorie di intervento
• Si individuano le seguenti categorie di intervento:– interventi di adeguamento atti a conseguire i livelli di
sicurezza previsti dalle presenti norme;– interventi di miglioramento atti ad aumentare la
sicurezza strutturale esistente, pur senza
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sicurezza strutturale esistente, pur senza necessariamente raggiungere i livelli richiesti dalle presenti norme;
– riparazioni o interventi locali che interessino elementi isolati, e che comunque comportino un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti.
• Gli interventi di adeguamento e miglioramento devono essere sottoposti a collaudo statico.
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Passi1. Analisi storico-critica
2. Rilievo
3. Caratterizzazione meccanica dei materiali
4. Livelli di conoscenza e fattori di confidenza:– sulla base degli approfondimenti effettuati nelle fasi
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– sulla base degli approfondimenti effettuati nelle fasi conoscitive sopra riportate, saranno individuati i “livelli di conoscenza” dei diversi parametri coinvolti nel modello (geometria, dettagli costruttivi e materiali), e definiti i correlati fattori di confidenza, da utilizzare come ulteriori coefficienti parziali di sicurezza che tengono conto delle carenze nella conoscenza dei parametri del modello.
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Circolare: CAUSE
I. variazioni, improvvise o lente, indipendenti dalla volontà dell’uomo (ad esempio: danni dovuti al terremoto, a carichi verticali eccessivi, a urti, etc., danni dovuti a cedimenti fondali, degrado delle malte nella muratura, corrosione delle armature nel c.a., etc., errori progettuali o esecutivi, incluse le situazioni in cui
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errori progettuali o esecutivi, incluse le situazioni in cui i materiali o la geometria dell’opera non corrispondano ai dati progettuali);
II. variazioni dovute all’intervento dell’uomo, che incide direttamente e volontariamente sulla struttura oppure sulle azioni (ad esempio: aumento dei carichi verticali dovuto a cambiamento di destinazione d’uso), o che incide indirettamente sul comportamento della struttura.
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Circolare: PROVVEDIMENTIÈ’ evidente che i provvedimenti detti sono necessari e improcrastinabili nel
caso in cui non siano soddisfatte le verifiche relative alle azioni controllate dall’uomo, ossia prevalentemente ai carichi permanenti e alle altre azioni di servizio; più complessa è la situazione che si determina nel momento in cui si manifesti l’inadeguatezza di un’opera rispetto alle azioni ambientali, non controllabili dall’uomo e soggette ad ampia variabilità nel tempo ed incertezza nella loro determinazione.
Per le problematiche connesse, non si può pensare di imporre l’obbligatorietà dell’intervento o del cambiamento di destinazione d’uso o,
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l’obbligatorietà dell’intervento o del cambiamento di destinazione d’uso o, addirittura, la messa fuori servizio dell’opera, non appena se ne riscontri l’inadeguatezza.
Le decisioni da adottare dovranno necessariamente essere calibrate sulle singole situazioni (in relazione alla gravità dell’inadeguatezza, alle conseguenze, alle disponibilità economiche e alle implicazioni in termini di pubblica incolumità).
Saranno i proprietari o i gestori delle singole opere, siano essi enti pubblici o privati o singoli cittadini, a definire il provvedimento più idoneo, eventualmente individuando uno o più livelli delle azioni, commisurati alla vita nominale restante e alla classe d’uso, rispetto ai quali si rende necessario effettuare l’intervento di incremento della sicurezza entro un tempo prestabilito.Rieti Giugno 2010
FB LS SA FP LG CC FG fb KG SM
Franco Luca StefaniaFrancesc
oLuisa Chiara Filippo
Francesca
Konstantinos
Sauro
Bontempi Sgambi Arangio Petrini Giuliani Crosti Gentili Brando Gkoumas Manenti
www.francobontempi.org
Rieti Giugno 2010 82franco.bontempi@uniroma1.it