La vulnerabilità sismica delle costruzioni

La vulnerabilità sismica delle costruzioni
La vulnerabilità sismica delle costruzioni Prof. Ing. Franco Bontempi Ordinario di Tecnica delle Costruzioni Docente di Teoria e Progetto di Ponti – Gestione di Ponti e Grandi Strutture Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale Università degli Studi di Roma La Sapienza franco.bontempi@uniroma1.it
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Vulnerable - Vulnerabile • vulnerable adj. [from Lat. vulnerabĭlis, der. to vulnerate "to hurt"]. - That can be hurt: Siegfried was v. only in one place on the back. More com. in an extended sense. and fig., which can be attacked, harmed or damaged: the defensive line of the enemy is more v. on the left side; this is the most v. of your thesis; or, referring to a person, weak, excessively sensitive, fragile: he has a vulnerable character or personality. • vulneràbile agg. [dal lat. vulnerabĭlis, der. di vulnerare «ferire»]. – Che può essere ferito: Sigfrido era v. solo in un punto della schiena. Più com. in senso estens. e fig., che può essere attaccato, leso o danneggiato: la linea difensiva del nemico è più v. sul fianco sinistro; questo è l’aspetto più v. della tua tesi; o, riferito a persona, debole, eccessivamente sensibile, fragile: ha un carattere, o una personalità, vulnerabile. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 3
1 - Structures 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 4
19-Oct-22 Structure Essential • Micro-level: local size of the sections, i.e., thickness, area, inertia, … materials, … (Detailed Geometry & Materials) • Meso-level: form of the structural element or structural part (substructure), i.e., main longitudinal axis, curvature, profile, … (Global Geometry) • Macro-level: connections of the different structural parts (Load Path) La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 5 1
Micro-level: local size of the sections, i.e. thickness, area, inertia, … (Detailed Geometry) Meso-level: form of the structural element or structural part (substructure), i.e. main longitudinal axis, curvature, profile, … (Global Geometry) Macro-level: connections of the different structural parts (Load Path) 19-Oct-22 Design (Optimization) Levels La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 6
System Decomposition 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 7 2
Transfer of loads – Loads path 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 8 3
19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 9 Load bearing mechanisms
19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 10 Load bearing mechanisms
19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 11 NB. LOCALE – MATERIALE - DISGREGAZIONE GLOBALE – PARETE - MECCANISMO
19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 12 NB. courtesy of Innocenzo Becci – MANINI SPA
2 - Failures 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 13
General Failure Model 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 14 4
Swiss Cheese Model for Failure HAZARD I N - D E P T H D E F E N C E HOLES DUE TO ACTIVE ERRORS HOLES DUE TO HIDDEN ERRORS DESIGN CLIMA CONCEPTUAL DESIGN DRAWINGS CALCULATION MATERIALS & COMPONENTS CONSTRUCTION USE ACCIDENTS / EXCEPTIONS MAINTENANCE MONITORING 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 15
100% Time % of failure Unknown phenomena Known phenomena Research level Design code level past present future A B B B C Human errors Causes of System Failure 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 16 5
Errors by Reason conoscenza valutazione scelta decisione esecuzione 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 17
Index β 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 18
Scuola Jovine di San Giuliano di Puglia 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 19
http://territorio.regione.emilia-romagna.it/codice-territorio/sismica/dossier-sentenze-della-causa-penale-conseguente- al-crollo-delledificio-scolastico-jovine-di-san-giuliano-di-puglia 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 20
NB. 19-Oct-22 21 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni
3 - Robustness 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 24
NTC 2018 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 25
NTC 2018 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 26
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Time Horizon for a Structure 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 28 6
• È evidente che una protratta assenza - colposa o dolosa - della dovuta manutenzione ordinaria comporta la necessità di una manutenzione straordinaria, i cui costi non possono essere additati a cause impreviste e imprevedibili. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 29 • It is evident that a protracted absence - culpable or malicious - of the due ordinary maintenance entails the need for extraordinary maintenance, the costs of which cannot be pointed to unexpected and unpredictable causes.
Structural Robustness • Capacity of a structure (structural system) to show regular decrease of its structural quality (integrity) due to negative causes. • It implies: a) some smoothness of the decrease of structural performance due to negative events (intensive feature); a) some limited spatial spread of the ruptures (extensive feature). 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 30
Structural Robustness: Intensity Feature 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 CAUSE STRUCTURAL QUALITY less robust more robust Nominal configuration Damaged configuration 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 31
Usual ULS & SLS Verification Format Structural Robustness Assessment 1st level: Material Point 2nd level: Element Section 3rd level: Structural Element 4th level: Structural System Level of Structural Failures 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 32
“IMPLOSION” OF THE STRUCTURE “EXPLOSION” OF THE STRUCTURE is a process in which objects are destroyed by collapsing on themselves is a process NOT CONFINED STRUCTURE & LOADS Collapse Mechanism NO SWAY SWAY Bad vs Good Collapse: Extensive Feature 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 33
Fail-Safe (ENG) • A fail-safe in engineering is a design feature or practice that in the event of a specific type of failure, inherently responds in a way that will cause no or minimal harm to other equipment, the environment or to people. • Unlike inherent safety to a particular hazard, a system being "fail- safe" does not mean that failure is impossible or improbable, but rather that the system's design prevents or mitigates unsafe consequences of the system's failure. That is, if and when a "fail- safe" system "fails", it is "safe" or at least no less safe than when it was operating correctly. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 34
Synonym: Damage Tolerance • Property of a structure relating to its ability to sustain defects safely until repair can be realized. • The approach to engineering design to account for damage tolerance is based on the assumption that flaws can exist in any structure and such flaws propagate with usage. • In engineering, structure is considered to be damage tolerant if a maintenance program has been implemented that will result in the detection and repair of accidental damage, corrosion and fatigue cracking before such damage reduces the residual strength of the structure below an acceptable limit. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 35
Synonym: Graceful Degradation • Ability of a computer, machine, electronic system or network to maintain limited functionality even when a large portion of it has been destroyed or rendered inoperative. The purpose of graceful degradation is to prevent catastrophic failure. • Ideally, even the simultaneous loss of multiple components does not cause downtime in a system with this feature. • In graceful degradation, the operating efficiency or speed declines gradually as an increasing number of components fail. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 36
Cascade Effect / Chain Reaction • A cascade effect is an inevitable and sometimes unforeseen chain of events due to an act affecting a system. • In biology, the term cascade refers to a process that, once started, proceeds stepwise to its full, seemingly inevitable, conclusion. • A chain reaction is the cumulative effect produced when one event sets off a chain of similar events. • It typically refers to a linked sequence of events where the time between successive events is relatively small. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 37
effect time decomposability course predictability Runaway: Progressive Collapse 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 38
4 – Case History 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 39
nord sud 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 40 Struttura strategica (2000)
I - Documentazione fotografica crollo parziale 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 42
Pilastro 11 Piano terra 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 43
nord 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 44
II - Progetto originale 1998 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 54
TIPO DI DOCUMENTO DATA ESECUZIONE DATA TIMBRO DEPOSITO SCANSIONI NOTE TAVOLE PRIMO PROGETTO APRILE 1998 MAGGIO 1998 GRUPPO 1_ DA [DOC.1] A [DOC.15] • PRESENZA DI SETTI • PILASTRI DIM. VARIABILI Presenza di setti su prima riga e sull’ultima colonna. I pilastri presentano dimensioni diverse tra loro. Il pilastro posizionato in corrispondenza di quello collassato (figura in rosso) inizialmente ha dimensioni 50 x 80. Pianta Piano seminterrato quota 590.00 Aprile 1998_DOC 03 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 55
TIPO DI DOCUMENTO DATA ESECUZIONE DATA TIMBRO DEPOSITO SCANSIONI NOTE TAVOLE PRIMO PROGETTO APRILE 1998 MAGGIO 1998 GRUPPO 1_ DA [DOC.1] A [DOC.15] • PRESENZA DI SETTI • PILASTRI DIM. VARIABILI Presenza di setti su prima riga e sull’ultima colonna. I pilastri presentano dimensioni diverse tra loro. Il pilastro posizionato in corrispondenza di quello collassato (figura in rosso) inizialmente ha dimensioni 50 x 60. Pianta Piano terra quota 593.50_ Sala Polivalente Aprile 1998_DOC 04 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 56
TIPO DI DOCUMENTO DATA ESECUZIONE DATA TIMBRO DEPOSITO SCANSIONI NOTE TAVOLE PRIMO PROGETTO APRILE 1998 MAGGIO 1998 GRUPPO 1_ DA [DOC.1] A [DOC.15] • PRESENZA DI SETTI • PILASTRI DIM. VARIABILI Presenza di setti su prima riga. I pilastri presentano dimensioni diverse tra loro. Il pilastro posizionato in corrispondenza di quello collassato (figura in rosso) inizialmente ha dimensioni 50 x 60. Pianta Primo piano quota 598.50_ Pub Aprile 1998_DOC 05 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 57
III - Progetto versione 1999 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 58
TIPO DI DOCUMENTO DATA ESECUZIONE DATA TIMBRO DEPOSITO SCANSIONI NOTE TAVOLE SECONDO PROGETTO DICEMBRE 1998 MARZO 1999 GRUPPO 5_ DA [DOC.44] A [DOC.55] • FOTO DI SOLAI • RIDOTTO NUMERO DI SETTI • PILASTRI DIMENSIONI PREVALENTEMENTE OMOGENEE. PIL. 11 50X50 Solaio quota 593.5 Dicembre 1998_DOC 46 • Assenza di setti su prima riga e sull’ultima colonna (come prevedeva la prima versione Aprile 1998). • I pilastri presentano dimensioni piuttosto omogenee. • Il pilastro posizionato in corrispondenza di quello collassato (figura in rosso) ha una dimensione 50x50. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 59
TIPO DI DOCUMENTO DATA ESECUZIONE DATA TIMBRO DEPOSITO SCANSIONI NOTE TAVOLE SECONDO PROGETTO DICEMBRE 1998 MARZO 1999 GRUPPO 5_ DA [DOC.44] A [DOC.55] • FOTO DI SOLAI • RIDOTTO NUMERO DI SETTI • PILASTRI DIMENSIONI PREVALENTEMENTE OMOGENEE. PIL. 11 50X50 Solaio quota 598.5 Dicembre 1998_DOC 47 • Assenza di setti su prima riga e sull’ultima colonna (come prevedeva la prima versione Aprile 1998). • I pilastri presentano dimensioni piuttosto omogenee. • Il pilastro posizionato in corrispondenza di quello collassato (figura in rosso) ha una dimensione 50x50. • Su questo solaio la tessitura varia. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 60
TIPO DI DOCUMENTO DATA ESECUZIONE DATA TIMBRO DEPOSITO SCANSIONI NOTE TAVOLE SECONDO PROGETTO DICEMBRE 1998 MARZO 1999 GRUPPO 5_ DA [DOC.44] A [DOC.55] • FOTO DI SOLAI • RIDOTTO NUMERO DI SETTI • PILASTRI DIMENSIONI PREVALENTEMENTE OMOGENEE. PIL. 11 50X50 Solaio quota 602.5 Dicembre 1998_DOC 48 • Assenza di setti sulla prima riga (come prevedeva la prima versione Aprile 1998). • I pilastri presentano dimensioni omogenee. • Il pilastro posizionato in corrispondenza di quello collassato (figura in rosso) ha una dimensione 50x50. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 61
IV - Aspetti distintivi del comportamento strutturale globale del progetto originale 1998 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 62
V - Modi propri di vibrare progetto realizzato 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 69
VI - Indagini sui materiali 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 76
19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 77 Pilastro 11 Piano seminterrato
Classe dichiarata Classe reale 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 81
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 DISTRIBUZIONE RISULTATI PROVINI CLS carote pilastri cubi pilastro 11 cubi certificati carote pilastro 11 fcm fck 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 82 certificati carote
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 DISTRIBUZIONE RISULTATI PROVINI CLS cubi pilastro 11 carote pilastro 11 Serie5 Serie6 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 83 certificati carote
VII – Sintesi per la sezione collassata 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 84
Configurazione finale – evento 30/10/16 ior 55 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 85 (I)
ior 555 Configurazione finale – evento 24/08/16 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 86 (II)
ior 66 Concezione iniziale – evento 30/10/16 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 87 (III)
5 – Conclusions 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 89
To limit structural vulnerability •First qualitative aspects (structural system, load path, ..), then quantitative points. •Failure model: think about the oneness, … Reason model (consider the lack of ergonomics of the standards). • Robustness in the main solution. 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 90
Eccesso di Norme Tecniche • «Ma un numero di regole eccessivo comporta vari degli inconvenienti dianzi citati e in particolare: - l'impoverimento dell'autonomia e della creatività, in quanto l'opera del progettista è irretita dalle norme; - la difficoltà di discernere ciò che veramente conta; - la sensazione di avere, al riparo delle norme, responsabilità assai alleviate; - la difficoltà non infrequente di rendersi conto dei ragionamenti che giustificano certe regole, rischiando di considerare queste alla stregua di algoritmi, ossia di schemi operativi che, una volta appresi, il pensiero non è più chiamato a giustificare.» - Proliferazione delle normative e tecnicismo. Ultima lezione ufficiale del corso di Tecnica delle costruzioni tenuta dal prof. Piero Pozzati - nell’A.A. 1991-'92, presso la Facoltà di Ingegneria dell'Università di Bologna (3 giugno 1992).0 19-Oct-22 La vulnerabilita' sismica delle costruzioni 91
La vulnerabilità sismica delle costruzioni Prof. Ing. Franco Bontempi Ordinario di Tecnica delle Costruzioni Docente di Teoria e Progetto di Ponti – Gestione di Ponti e Grandi Strutture Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale Università degli Studi di Roma La Sapienza franco.bontempi@uniroma1.it

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