SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLOprev.enea.it/2016-03-07 Bergamo - Clemente.pdf2016/03/07 · SVILUPPO...

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

PAOLO CLEMENTE




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"

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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.

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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)

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




STAZIONE TERMINI, ROMA

PAOLO CLEMENTE




BOSCO VERTICALE

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




POSA IN OPERA

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




PUSH-OUT: UNITN

PAOLO CLEMENTE




SOLAIO: PROVINO

PAOLO CLEMENTE




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


spostamento verticale

T2 T1

G2

G1 G3Trasduttori per il rilievo dello








P/4P/4

G4

G4

G6

G5G6

T4 T3

530

PAOLO CLEMENTE




SOLAIO: PROVA DI CARICO – UNITN

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




PROGETTO CAMPEC

Prove sismiche su

tavola vibrante di una

struttura in muratura

con copertura a

solaio in legno tipo

“Compound”

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




MODELLO IN SCALA

Solaio Compound

Tiranti in acciaio

PAOLO CLEMENTE




MODELLO SPERIMENTALE

Analisi numerica (modello FEM)

Analisi sperimentale

Confronto tra risultati

sperimentali e numerici

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




COLLASSO

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




TAMPOPLAST

Pareti con notevole resistenza fuori dal

piano

PAOLO CLEMENTE




TAMPOPLAST: PROVE A TAGLIO

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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




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




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


TNCR = 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




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




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




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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)

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




ISOLATORI ELASTOMERICI ARMATI (HDRB)

63

PAOLO CLEMENTE




ISOLATORI A SCORRIMENTO (SD)

64

Appoggi acciaio-PTFE con bassi valori delle resistenze per attrito

PAOLO CLEMENTE




ISOL. A SCORRIM. CON SUPERFICI CURVE (CSS)

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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)

PAOLO CLEMENTE




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




ISOLAMENTO SISMICO IN EDIFICI IN MURATURA

71

Edificio ENEA – ANDIL

PAOLO CLEMENTE




EDIFICIO ENEA – ANDIL: PIANO TIPO

72

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




IRAN BASTAN MUSEUM (TEHRAN)

(P. Clemente, A. Santini, M.G. Ashtiany)

PAOLO CLEMENTE




ST. CATHOGHIKEH (YEREVAN, ARMENIA)

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




PALAZZO MARGHERITA: PROGETTO

PAOLO CLEMENTE




SVILUPPO = PREVENZIONE + INFORMAZIONE

EDIFICIO NON

ANTISISMICO

Edifici non adeguati:

• No scuole

• No ospedali

• No edifici strategici

Edifici vecchi (non storici):

• Demolizione e ricostruzione

PAOLO CLEMENTE




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:

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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

PAOLO CLEMENTE




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




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




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




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”

SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLOprev.enea.it/2016-03-07 Bergamo - Clemente.pdf2016/03/07 · SVILUPPO...

Documents

Transcript of SVILUPPO SOSTENIBILE: IL RUOLOprev.enea.it/2016-03-07 Bergamo - Clemente.pdf2016/03/07 · SVILUPPO...