IF CRASC ’15 III CONVEGNO DI INGEGNERIA FORENSE

VI CONVEGNO SU CROLLI, AFFIDABILITÀ STRUTTURALE, CONSOLIDAMENTO

SAPIENZA UNIVERSITA’ DI ROMA, 14-16 MAGGIO 2015

IL FATTORE ESPOSIZIONE IN UNA DEMOLIZIONE

CONTROLLATA

M. Lucidi Libero Professionista, Roma

SOMMARIO

Lo studio analizza l’andamento nel tempo del rischio, a partire dalla necessità di demoli-

zione di una struttura per motivi di interesse o di sicurezza pubblica, passando per le confi-

gurazioni via via più deboli che porteranno fino al suo crollo, con la possibilità in itinere di

crolli improvvisi totali o parziali. Nel caso dell’impiego di esplosivi, in aggiunta viene pre-

so in considerazione un collasso parziale instabile a seguito di un’esplosione probabilmente

non avvenuta completamente, con la rapidità di indagine che ne consegue almeno nel de-

terminare se la motivazione è proprio legata ad un colpo mancato, ovvero ad una carica

esplosiva non scoppiata, o ad un errore di progettazione della linea di tiro.

Il fattore tempo che caratterizza l’esposizione di persone e di beni non interessati alla de-

molizione, è determinante fin dalla decisione che la struttura esistente va abbattuta. Tutte le

configurazioni strutturali, a partire da quel tempo zero, sono maggiormente a rischio per i

tempi di ritorno legati ad eventi naturali rari.

Il rischio è legato ad una variazione studiata dei percorsi di carico, che in ogni momento

devono rientrare in una combinazione dei carichi verificata ai vari stati limite, in funzione

della durata di tale configurazione provvisoria, e almeno fino a quando sono presenti degli

operatori che potrebbero essere investiti dal crollo.

1. INTRODUZIONE

La demolizione è una delle operazioni possibili da mettere in atto nel momento in cui la co-

struzione non è più in grado di assolvere a ciò per cui è stata realizzata. Ogni struttura, dal

momento in cui viene progettata, porta in se delle caratteristiche tecniche che le dovrebbero

garantire la sopravvivenza fino a quando non dovessero intervenire eventi naturali di peri-

colosità superiore a quelli già messi in conto. Oppure sono sopraggiunti motivi di carattere

doloso imponderabili, a seguito dei quali la costruzione ha riportato dei danni da valutare.

Nella vita utile di una struttura è auspicabile anche un monitoraggio, con conseguente even-

tuale manutenzione tali, da far rispettare le caratteristiche per cui tale costruzione è nata.

Il costante controllo di un professionista, è una garanzia per l’incolumità di tutte le persone

che, anche se nella più completa ignoranza tecnica, si aspettano di vivere in sicurezza

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all’interno di una nuova costruzione, intendendola nuova quando rientrante nella sua vita

utile. A maggior ragione chi vive nelle immediate vicinanze.

Un analogo senso di sicurezza dovrebbe essere percepito dalle persone che si affidano alle

competenze di un tecnico dei Vigili del Fuoco quando gli notifica la non agibilità della pro-

pria casa, oppure quando chi risiede vicino ad una costruzione da demolire non ha da teme-

re da potenziali rischi di crolli che possano coinvolgere anche la sua abitazione, o da inter-

ruzione di servizi.

A seguire si prenderanno in considerazione vari aspetti di interesse per chi nel tempo di un

ciclo di vita di una costruzione, si trova ad essere a rischio della propria vita.

Si parte da chi utilizza tale struttura, e che quindi sarebbe più tranquillo nel sapere che si è

provveduto a tutto il necessario affinché possa usufruirne in completa sicurezza, passando

per chi si trova ad operare all’interno di una costruzione da demolire e quindi già in parten-

za al limite della sicurezza, o potenzialmente coinvolgibile in un crollo imprevisto in tale

fase, concludendo con un’analisi di rischio massimo nel momento in cui il crollo per la de-

molizione non è quello previsto. In quest’ultima analisi si faranno delle ipotesi proprio sulla

limitazione dei danni derivanti agli operai esposti che dovranno intervenire.

2. SCEGLIERE SE DEMOLIRE

I soggetti esposti ai rischi di una demolizione, qualunque essa sia, sono gli operai che ope-

rano sulla struttura e chi indirettamente si trova a poter essere coinvolto in un crollo im-

provviso. Possono essere gli abitanti nelle immediate vicinanze, anche all’interno delle pro-

prie abitazioni, ma anche chi si trova di passaggio nei pressi dell’area di intervento. Se il

crollo è improvviso ed inaspettato, potrebbero non essere ancora complete o adeguate, tutte

le prescrizioni di sicurezza come ad esempio il confinamento delle aree di lavoro.

Il crollo può avvenire per errore umano, per definizione non prevedibile, da eventi naturali

straordinari ed estemporanei o da dolo.

2.1. Rischio e livello di sicurezza

Nelle immagini a seguire emerge come decadono le caratteristiche strutturali nel tempo,

nell’interfaccia tra degrado delle caratteristiche del materiale e della ridistribuzione dei ca-

richi. Questa considerazione viene fatta nella eventualità in cui parliamo della fine della vi-

ta utile di una costruzione, per la quale si è provveduto a un corretto monitoraggio durante

il suo normale utilizzo.

In (1) viene caratterizzato l’indice di sicurezza per funzioni di distribuzione di probabilità

normale di R e S tra loro indipendenti, o comunque normalizzate.

(1)

Il fattore esposizione in una demolizione controllata

Figura 1. Rappresentazione unitaria dei metodi di verifica della sicurezza strutturale (A. Migliacci).

Si possono definire ulteriori coefficienti di sicurezza, che sono i coefficienti parziali fun-

zione degli stati limite considerati, che incorporano le incertezze geometriche e di modello.

L’area di sovrapposizione delle distribuzioni riportate in figura 2, rappresenta la probabilità

di crisi o di insuccesso della struttura.

Figura 2. Sicurezza strutturale con confronto tra resistenza ed effetto delle azioni tramite i valori ca-

ratteristici.

La diminuzione delle caratteristiche meccaniche dei materiali che evolvono nel tempo per

fenomeni di deterioramento, e l’incremento dei livelli di carico per variazione di destina-

zione d’uso, comportano l’andamento nel tempo sia dei valori medi che degli intervalli di

interesse delle distribuzioni di probabilità che sono riportate nella figura 3, soggette anche a

danneggiamenti per fenomeni particolari.

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Figura 3. Andamento stocastico della capacità prestazionale di una struttura nel tempo.

2.2. Urgenza e messa in sicurezza

Il fattore tempo nel caso dell’urgenza, fa propendere per un intervento che eviti il crollo

improvviso in presenza di esposti. Potrebbe essere il caso di un danneggiamento strutturale

in seguito ad un evento straordinario. Si procede all’allontanamento degli esposti da parte

delle autorità competenti per ragioni di inagibilità del costruito, alla messa in sicurezza per

chi dovrà procedere ad ulteriori sopralluoghi tecnici e quindi alle considerazioni economi-

che per il consolidamento ovvero la demolizione.

Figura 4. Messa in sicurezza da parte dei vigili del fuoco degli edifici di San Felice sul Panaro nel

giugno 2012 (http://www.ladigetto.it/files.php?file=Calamit/VVFF_Panaro_756269859.jpg).

I puntellamenti in riferimento alla figura 4, non hanno comportato l’occupazione della sede

stradale permettendo la ripresa della normale viabilità all’esterno, oltre a consentire a tutte

le ditte i sopralluoghi tecnici all’interno per gli interventi definitivi e necessari per la conse-

Il fattore esposizione in una demolizione controllata

guente agibilità degli edifici.

2.3. Rischio al limite della sicurezza scelta di recupero o demolizione

In figura 5 si rappresenta come aumentare la vita utile di una struttura intervenendo con un

piano di manutenzione dell’opera, che consenta di spostare l’affidabilità strutturale nella

zona di sicurezza. Anche qui devono essere fatte delle considerazioni di tipo economico, e

nello stesso tempo valutare quali debbano essere le caratteristiche di base che deve garanti-

re una struttura affinché possa essere recuperata.

Figura 5. L’elemento strutturale in questione è la pila di un ponte. Nelle tre immagini della prima co-

lonna è riportato l’andamento dell’indice di affidabilità ß e possibili andamenti di scenari di manuten-

zione mirati ad ottenere una vita utile fino a T=50 anni (periodo di monitoraggio ΔT=2 anni). Nelle

altre tre immagini della seconda colonna ci sono gli andamenti nel tempo dei costi di manutenzione

normalizzati.

3. SCELTA DEL METODO DI DEMOLIZIONE

La scelta di utilizzo dell’esplosivo nasce per ragioni di tempo e di sicurezza nell’operazione

di demolizione. Risulta essere una tecnica costosa per l’uso di materiale particolare e per

M. Lucidi

l’impiego di maestranze altamente qualificate, ma in alcuni casi è molto più sicura (struttu-

re a notevole sviluppo lungo una o due delle dimensioni spaziali), ed anche economicamen-

te vantaggiosa per volumetrie notevoli.

Figura 6. Analisi dei costi pre-demolizione per la demolizione di Punta Penotti, con la descrizione dei

n.3 scenari facilmente deducibili dalle tabelle.

Nonostante nell’analisi dei costi era emerso che il terzo scenario era più conveniente in

termini di spesa in quanto si portavano in scomputo dei recuperi derivanti dalla demolizione

selettiva dei materiali riciclabili, la demolizione venne effettuata con l’esplosivo per motivi

evidentemente legati agli altri aspetti caratteristici indiretti del primo scenario.

Nel grafico a seguire, risultato di un’analisi dettagliata, emerge che la demolizione con

l’esplosivo risulta essere più sicura delle tecniche di demolizione tradizionali. Caratteristica

rilevante è il basso numero di operai esposti al rischio e la sicurezza al contorno garantita

dell’evacuazione dell’area di intervento fino ad una distanza di sicurezza.

Il fattore esposizione in una demolizione controllata

Figura 7. Progetto delle Demolizione - Analisi quantitativa del rischio prima della demolizione con

esplosivo.

Figura 8. Probabilità di infortunio prima della demolizione con esplosivo.

M. Lucidi

Figura 9. Investigazione delle cause del fallimento - Analisi quantitativa del rischio dopo il fallimen-

to della demolizione con esplosivo.

Figura 10. Probabilità di infortunio dopo il fallimento della demolizione con esplosivo.

Il fattore esposizione in una demolizione controllata

4. ANDAMENTO NEL TEMPO DEL RISCHIO

Nelle figure 9 e 10 viene evidenziato qualitativamente nel grafico il processo investigativo

nella determinazione del fallimento in una demolizione con esplosivo, e l’analisi quantitati-

va numerica che fa emergere una dannosità superiore ai valori del comparto demolizioni nel

caso di mancata demolizione. Nella seguente figura 11 si nota l’andamento qualitativo della

distribuzione di probabilità del rischio nel tempo. La deformazione della funzione di distri-

buzione di probabilità con il tempo, nel momento in cui viene degradata la struttura per

procedere all’indebolimento necessario per la demolizione con l’esplosivo e il percentile

che va garantito, e che quindi ha bisogno di un monitoraggio continuo durante le operazioni

di preparazione della demolizione, deve rientrare nel livello di sicurezza. L’operazione deve

essere non solo di monitoraggio, ma anche di prevenzione. Quindi il piano di demolizione,

e i suoi aggiornamenti in progress, devono essere sottoposti ad uno strutturista in grado di

determinare se tali interventi sulla configurazione strutturale siano in sicurezza.

Figura 11. Andamento qualitativo nel tempo delle prestazioni, dell’affidabilità e degli esposti per una

costruzione particolarmente alta da demolire al termine della propria vita utile.

M. Lucidi

Nei grafici di figura 11 sono riportati i seguenti tempi: t0 come inizio della vita della struttu-

ra; td è il riferimento nel caso di fine della vita utile; te per il tempo di inizio emergenza che

coincide con l’evacuazione nel caso di eventi calamitosi; ta rappresenta il tempo in cui la

struttura è nuovamente agibile per l’uso civile; tr1 e tr2 rientrano nel progetto di manutenzio-

ne per rendere la struttura affidabile in prossimità del termine della vita utile; t0d e t*0d sono

i tempi iniziali delle demolizioni con esplosivo e con metodi diversi, quando ormai non è

più vantaggioso procedere al recupero; t’d è il termine della demolizione con esplosivo, ov-

vero l’inizio della fase più a rischio nel caso di mancata demolizione; t’’d è la demolizione

al termine della precedente fase; t*’d è il termine della demolizione con altri metodi diversi

dall’impiego di esplosivi.

La scelta del metodo di demolizione nel caso di una costruzione particolarmente alta, o per

strutture particolari quali i ponti, dipende da ragioni economiche e di sicurezza. Nello stu-

dio svolto nelle figure 6 e 8, nell’analisi quantitativa risulta essere più sicuro ed economico

l’impiego della demolizione controllata con esplosivo. Per costruzioni che si trovano al li-

mite dell’affidabilità, per la sicurezza degli esposti a potenziali crolli, bisogna agire rapi-

damente riducendo i tempi di esposizione, oltre a coinvolgere il minor numero possibile di

operatori soggetti al rischio di collasso. Emerge la riduzione di rischio assoluto

nell’intervallo t0d – t’d, e del rischio assoluto riducendo l’intervallo t’d e t’’d. Nell’ultimo ca-

so si potrebbe optare anche per un cambio di metodologia di demolizione, ma sempre in

grado di garantire una riduzione dei tempi di esecuzione.

Figura 12. Il coefficiente ECR compara un coefficiente di collasso accettabile in seguito ai danni del

mainshock per un terremoto. I coefficienti α1 e α2 sono funzione della destinazione d’uso

dell’edificio.

L’evacuazione in caso di rischio di crollo nel post evento sismico, ma per qualsiasi emer-

genza in luoghi confinati, descrive bene il fenomeno di allontanamento degli esposti da un

ambiente pericoloso. Le squadre di soccorso hanno necessità di effettuare dei sopralluoghi

in emergenza e il recupero superstiti, fino a quando il rischio non compromette anche la lo-

ro incolumità.

Il fattore esposizione in una demolizione controllata

Figura 13. Nella figura di sinistra viene definito dopo quanto tempo è possibile superare la fase più

rischiosa prima di intervenire con le squadre di soccorso, o con dei sopralluoghi tecnici, nel caso di un

forte mainshock indicizzato da un valore di gamma più alto di α2; nella figura di destra viene valutato

il tempo necessario per le squadre di soccorso per intervenire in zona rossa, quando non è possibile

aspettare il passaggio in zona gialla dopo un tempo k.

La struttura parzialmente crollata, o collassata in modo inaspettato, versa nelle stesse con-

dizioni, e c’è comunque necessità di intervenire per completare l’opera di demolizione in

quanto la situazione venutasi a creare è altamente a rischio. Nella (2) viene riportato il ri-

schio totale associato ad un evento calamitoso, risultato della convoluzione di tre termini, in

cui per P si definisce la pericolosità, ovvero la probabilità di accadimento dell’evento, con

V la vulnerabilità, cioè la propensione a subire danneggiamenti in seguito ad un evento e

con E l’esposizione come il numero di elementi a rischio presenti nell’area.

(2)

Figura 14. Mantenimento del rischio agendo sulla sola esposizione, all’aumentare di pericolosità e

vulnerabilità.

P

P

V V

P

P

R

=

M. Lucidi

Per la riduzione del rischio, in ultima analisi, si passa a lavorare sul solo fattore Esposizio-

ne, in quanto la configurazione instabile in cui si troverebbe una struttura crollata in manie-

ra imprevista, è altamente pericolosa e vulnerabile. Il tempo a disposizione per trovare una

soluzione, a parte quello necessario e prescritto per un eventuale colpo mancato, è molto

limitato. Non è possibile fare grandi studi sulla nuova affidabilità strutturale, per cui sarà

importante limitare l’esposizione riducendo le persone che operano, riducendo il tempo di

intervento ed eventualmente cambiare la tecnica di demolizione.

5. CONCLUSIONI

Dall’analisi svolta emerge la necessità di un costante monitoraggio della struttura durante la

sua vita utile, proprio per determinare in ogni momento l’andamento dell’affidabilità della

stessa. Oltre all’evento eccezionale e allo studio di un piano di manutenzione adeguato che

nel tempo garantisce un sostanziale aumento della vita utile di una struttura, è determinante

un continuo controllo della fase di demolizione come scelta definitiva.

Nel caso di strutture particolarmente sviluppate nello spazio, sia in altezza che in lunghez-

za, risulta più sicuro ed economico l’impiego dell’esplosivo nella demolizione controllata.

Sicurezza che viene messa in discussione nel caso in cui la demolizione dovesse non andare

come progettato.

In tutte le analisi di rischio che hanno per oggetto un crollo strutturale, si ha come indice di

danno la perdita della vita umana, o il ferimento. Per limitare tale danno si è voluto puntare

sull’allontanamento dal pericolo proprio del maggior numero di persone. La rapidità di al-

lontanamento nel caso di una evacuazione, come la velocità con cui gli operatori del soc-

corso prestano il loro servizio ai feriti anche in strutture post sisma, hanno messo in eviden-

za il fattore tempo come elemento concomitante nella riduzione del rischio agendo

sull’esposizione.

BIBLIOGRAFIA

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