presentazione tesi di laurea magistrale - lm 26

FACOLTA’ di INGEGNERIA

TESI di LAUREA MAGISTRALE in INGEGNERIA della SCUREZZA e della PROTEZIONE CIVILE

Demolizione Controllata con l’Esplosivo

Anno Accademico 2011 - 2012

RELATORE Chiar.mo Prof. Franco Bontempi

CORRELATORE Dott. Danilo Coppe

LAUREANDO Marco Lucidi

Matr. 781044

LA DEMOLIZIONE CONTROLLATA CON ESPLOSIVO E’

OGGETTIVAMENTE UNA ATTIVITA’ ECCESSIVAMENTE

RISCHIOSA? Lo E’ PIU’ O MENO DEI TRADIZIONALI METODI di

DEMOLIZIONE?

Per uno studio del genere si ha bisogno di un’analisi

quantitativa dei rischi, perché solo con dei numeri è

possibile un confronto oggettivo.

IN ASSENZA di DATI STATISTICI di SETTORE IN ITALIA, E NON

di FACILE ACCESSO DALL’ESTERO (nei Paesi in cui tale

pratica è di uso comune), COME E’ POSSIBILE FAR EMERGERE

I RISCHI DA QUANTIFICARE?

Sicuramente approfondendo la conoscenza della tecnica e

della pratica di settore.

-Conoscendo l’esplosivo

-Conoscendo le demolizioni

-Analizzando come le due conoscenze precedenti si possono

interfacciare attraverso la meccanica con :

oLa dinamica delle esplosioni

oLa dinamica dei crolli

DEMOLIZIONI

con

ESPLOSIVO

DEMOLIZIONI

ESPLOSIVI

SAFETY

TECNOLOGIA

DINAMICA dei CROLLI

DINAMICA

delle

ESPLOSIONI

TIPOLOGIA

SECURITY

SAFETY

TECNICA

DINAMICA del CROLLO

con ESPLOSIVO

USO degli ESPLOSIVI

per la DEMOLIZIONE

COLLASSO

PROGRESSIVO

PROIEZIONE DETRITI URTO con il TERRENO

VOLUME

INGOMBRO

MACERIE

DIMENSIONAMENTO

CARICHE

LINEA di TIRO DETONATORI

P.O.S.

P.S.C.

CONTROLLATA

TRADIZIONALE

CONFINATA

SEMICONFINATA

NON CONFINATA

DETONANTI

DEFLAGRANTI

TRASPORTO

INGRESSO non

AUTORIZZATO in

CANTIERE/CAVA

DEPOSITO STABILITA’ dei PENDII

SOCCORSO

ALPINO

SPELEOLOGICO

SPEGNIMENTO

INCENDI

TESI di LAUREA

M 1_“Demolizione Controllata con Esplosivo”

Corso di Progettazione Strutturale Antincendio

Dr.-Ing. Franco Bontempi

Ph.D., P.E., Professor of Structural Analysis and Design

LAUREA MAGISTRALE in INGEGNERIA della SICUREZZA e della PROTEZIONE CIVILE

La Sapienza, University of Rome

I 3

../CD/blowdown series trailer - controlled demolition_ inc..mpg

ESPLOSIVO

I FASE - INTRODUZIONE TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C

ontrollata con Esplosivo”

Ing. M

arco LU

CID

I

IMPIEGO

1600 ca: le prime applicazioni civili documentate

POLVERE NERA : deflagrante con velocità tra 200 e 600 m/s

Miscuglio di polveri di nitrato di potassio, di zolfo e di

carbone

NITROGLICERINA: detonante con velocità tra 2000 e 8000 m/s

Unione di glicerina, acido nitrico ed acido solforico

1846 : scoperta dal piemontese Ascanio Sobrero

Stabilizzazione della Nitroglicerina assorbendola nel cotone collodio

1867 : scoperta da Alfred Nobel

DINAMITE

Una esplosione è

un’onda di shock

accompagnata da uno

sviluppo di gas, con

produzione di elevate

temperature.

Nei detonanti prevale

l’energia di shock, nei

deflagranti la potenza

sviluppata dai gas

prodotti.

I 4

I FASE - INTRODUZIONE

F 2_Figura 3.3 Evoluzione

della sovrappressione in

esplosioni semiconfinate di

aria-gas (Genova, Silvestrini

“Dinamica delle Reazioni

Esplosive”)

A – Fase di

esplosione

confinata

B – Fase di

rimozione della

copertura dello

sfogo (vent)

C – Fase di sfogo

della sovra -

pressione (venting)

D – Massima

superficie di fiamma

possibile e deflusso

dei gas combusti

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

DINAMICA ESPLOSIVA

DEMOLIZIONI


OPERAZIONE

Tecniche per operare in precisione, con estrema

rapidità di esecuzione per contenere i costi.

Utensileria al diamante che taglia e fora

conglomerati e ferri. Gli strumenti garantiscono:

-Assenza di percussioni

-Assenza di vibrazioni

-Assenza sollevamento polveri

-Rumorosità contenuta

-Precisione di esecuzione

In passato si usavano tecnologie per niente o

scarsamente controllate: martello demolitore,

sfera metallica, ecc..

Attualmente per edifici e strutture speciali si

possono riassumete in:

-Demolizione selettiva

-Demolizione mediante l’uso di microcariche

esplosive

Bisogna valutare caso per caso il metodo più

idoneo. In almeno due casi, ovvero altezze

superiori a 12-15m, o quando è fondamentale

la sequenza temporale, il mezzo più sicuro ed

efficace e con l’impiego di esplosivo.

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

I 5

I 6

I 7

DINAMICA dei CROLLI


CALCOLO A ROTTURA

Ipotesi:

• Materiale elastico perfettamente plastico;

• Ipotesi di piccoli spostamenti (teoria del primo ordine);

• Modello a plasticità concentrata (cerniera plastica).

Il calcolo a rottura consente la determinazione del

moltiplicatore dei carichi di collasso s e

l’individuazione del meccanismo di rottura

TIPOLOGIE di COLLASSO per

PLASTICIZZAZIONE del MATERIALE

Carichi statici Carichi variabili

Collasso statico Collasso incrementale Collasso per

plasticizzazione

alternata

(Collasso istantaneo

per la formazione di

un meccanismo)

(Collasso per la

formazione di un

meccanismo differito

nel tempo)

(Collasso localizzato

per fatica plastica)

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

I 10

DINAMICA dei CROLLI


PUNTI di FORZA della STRUTTURA

POSSIBILITA’ di PERCORSI di CARICHI

ALTERNATIVI ELEVATA RESISTENZA LOCALE

Travature

continue con

luci piccole

Staffature

molto fitte nei

pilastri

Continuità

delle

armature

inferiori nei

nodi

Orizzontamenti ed

elementi verticali

progettati per un carico

molto superiore a quello

di esercizio Elevato grado

di iperstaticità

Efficienza dei

collegamenti

Possibilità di

sviluppare

grosse

deformazioni

plastiche

Possibilità di sopportare il

carico trasmesso dagli

elementi danneggiati e

amplificato dall’effetto

dinamico

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

I 11

II FASE - APPLICAZIONE

CAMPI di APPLICAZIONE nell’USO CIVILE

degli ESPLOSIVI

STRUTTURE che si

SVILUPPANO in

ELEVAZIONE

STRUTTURE che si

SVILUPPANO in

ORIZZONTALE

EMERGENZA

PROGETTO

Per quanto siano complesse le strutture

su cui si interviene, è possibile sviluppare

in progetto di demolizione che preveda il

vincolo tempo solo per problemi di

carattere economico.

Obiettivo : che le strutture crollino come

da progetto, senza effetti collaterali

URGENZA

Per quanto ci piacerebbe

intervenire mettendo in campo

tutte le conoscenze teorico-

ingegneristiche, NON è possibile

sviluppare un progetto dettagliato

di demolizione in quanto il vincolo

tempo è legato a problemi anche di

rischio di morte.

Obiettivo : messa in sicurezza nel

minor tempo possibile, senza

effetti collaterali

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I


STRUTTURE che si

SVILUPPANO in

ELEVAZIONE

STRUTTURE che si

SVILUPPANO in

ORIZZONTALE

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I


EMERGENZA

PREVENZIONE

Uso dell’esplosivo ad

evento in corso.

Obiettivo : limitare i

soccorsi

PROTEZIONE

Uso dell’esplosivo ad

evento concluso.

Obiettivo : evitare i

danni

Eventi naturali e non, che possono generare potenziali pericoli per la vita

umana, di solito legati o a errore umano nella valutazione del rischio o

per la sua eccezionalità (tempistica in riferimento ai tempi di sviluppo

dell’evento)

Situazioni in cui sono coinvolte delle persone che rischiano la vita.

La preoccupazione è in riferimento alla salvaguardia della vita delle

persone che sono state soggette all’evento dannoso. Vanno stabilizzate le

funzioni vitali e portate nei presidi ospedalieri (tempistica in riferimento

ai tempi di sopravvivenza umana)

SAF CNVVF: in azione in un recupero

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

I 15

III FASE – ANALISI QUALITATIVA dei RISCHI

Rischio Strutturale

Pre - demolizione

In - demolizione

Post - demolizione

• Progetto ≠ Costruito : causa errata

valutazione strutturale sulla instabilità iniziale

della struttura

• Sottoservizi : la presenza può creare

danni rilevanti alla rete e causarne

• Crolli Accidentali : legati ai

fenomeni naturali in relazione Tr

• Vibrazioni : dovute al solo crollo

• Proiezioni Detriti : qui si intendo

quelle per caduta dall’alto, e non quella legata

alla cinematica impressa dall’esplosione

• Polveri : legato al crollo a terra di parti

strutturali

• Non Crollo / Crollo

Parziale : il non crollo è un caso

non contemplato, ma il crollo parziale

non atteso, è comune nelle demolizioni

tradizionali

Qualitative Risks Analysis

(Dalle demolizioni

tradizionali e legato alla

dinamica di crollo)

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

Rischio Esplosivo

• Uso Esplosivo : in riferimento all’uso

errato (personale qualificato)

• Trasporto e Stoccaggio : errore

attuazione prescrizioni

• Scoppi Accidentali : legati ai

fenomeni naturali cin relazione Tr

• Vibrazioni : onde sismiche impresse

dall’azione impulsiva dello scoppio

• Proiezioni Detriti : esplosioni in

cava che determinano il lancio dei detriti a

distanza

• Sovrappressioni : il maggior

rischio è la rottura dei vetri e sugli

operatori – uso DPI

• Colpi Mancati

(Dalle lavorazioni in cava

con l’impiego degli

esplosivi)

Pre - demolizione

In - demolizione

Post - demolizione

TEMPO


Rischi Comuni

Rischio Vibrazioni

Rischio Sovrappressioni

Rischio Proiezioni

(Rischi che sono

sommabili considerando

l’impiego dell’esplosivo

nelle demolizioni)

Per primi i rischi che mettono in relazione la demolizione controllata con

l’impiego degli esplosivi. Ovvero è possibile prendere le due classi di rischi

dalle letterature di settore e sommarle in quanto indipendenti. A differenza

dei rischi che si analizzeranno in seguito, per questi esistono studi

scientifici anche approfonditi.

Rischio Polveri

SCHEMA di SVILUPPO

• Effetti che determinano il

rischio;

• Cause che determinano il

rischio;

• Prescrizioni a norma di

legge;

• Procedure di sicurezza

(Per ogni potenziale sorgente

di rischio comune si segue il

seguente schema di sviluppo)


TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I


Rischi Impiego Esplosivo

Rischio Uso Esplosivo

Rischio Trasporto Esplosivo

Rischio Stoccaggio Esplosivo

In questo caso si prendono in considerazione i rischi propri dell’impiego

dell’esplosivo così come vengono ereditati dall’ambito estrattivo

mineralogico.

Sono una serie di prescrizioni da seguire a norma di legge, che

garantiscono la riduzione notevole del rischio insito nel materiale

esplodente.

Colpi Mancati

Con riferimento alle Norme

di Polizia Mineraria e le

Leggi in tema di Sicurezza


TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I


Rischi Demolizioni

Rischio Danni ai Sottoservizi

Rischio Danni dai Sottoservizi

Rischio Crollo Accidentale

I rischi propri delle demolizioni controllate e che rientrano in parte nello

studio preliminare del progetto di demolizione, e in parte nei rischi durante

la demolizione.

Non esistono studi scientifici esatti che permettono la risoluzione della

problematica.


TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

Prescrizioni operative, per lo più nate dall’esperienza, ma che concertano

il rischio proprio dell’ambiente di intervento con il rischio dell’impiego del

materiale esplodente.

Rischi Esplosivi nelle

Emergenze

Rischio nei Lavori in Parete

Rischio nei Lavori Subacquei

Rischio nei Lavori in Grotta


Rischi Meteorologici

Rischio Vento

Rischio Fulmini

In risalto quei rischi che maggiormente potrebbero capitare nella vita

utile di un cantiere temporaneo per demolizioni con esplosivo. La scelta

è ricaduta tra eventi che hanno tempi di ritorno non eccezionali, ma che

nello stesso tempo potrebbero creare problemi di sicurezza in cantiere.

Per il vento nella stabilità strutturale, per il fatto che la struttura ha

cambiato, sta cambiando o cambierà configurazione. Per i fulmini, in

quanto creano situazioni pericolose in luoghi in cui si trovano materiali

esplodenti, maggiormente se innescati elettricamente.

La risk analysis nasce e

trova giusta applicazione nel

contesto definito

dell'ingegneria industriale;

analoga considerazione non

può essere svolta, purtroppo,

per le analisi di rischio

associate a fenomeni

naturali (esondazioni, frane,

eventi meteorologici avversi,

etc.); in tali ambiti sono poco

sviluppati i riferimenti

scientifici volti

all’applicazione delle

tecniche della risk analysis. Qualitative Risks Analysis

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

IV FASE – ANALISI QUANTITATIVA dei RISCHI

Analisi dei Rischi

Rischio Esplosivo

Rischio Strutturale

Pre-Demolizione

In-Demolizione

Post-Demolizione

• Uso Esplosivo

• Scoppi Accidentali

• Colpi Mancati

Pre-Demolizione

In-Demolizione

Post-Demolizione

• Progetto ≠ Costruito

• Crolli Accidentali

• Non Crollo /

Crollo Parziale Quantitative Risks Analysis

Nella III^ fase sono stati trattati i rischi in

maniera qualitativa, mentre nella IV^ fase

verranno analizzati in maniera quantitativa

Dovuti a fenomeni

naturali (Fulmini)

Dovuti a fenomeni

naturali (Vento)

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I


Quantitative Risks Analysis

TEMPO

RISC

HIO

POST PRE

DEMOLIZIONE

PROGETTO della DEMOLIZIONE

INVESTIGATIVO – CAUSE del FALLIMENTO

CROLLO

ACCIDENTALE

TOTALE/PARZIALE

Dopo APERTURA

CANTIERIZZAZIONE

DURANTE

ATTUAZIONE del

PROGETTO di

DEMOLIZIONE

Per EVENTI

NATURALI

(terremoto, vento)

Per INCOERENZA

PROGETTO/EDIFI

CATO

Per USO

SBAGLIATO

dell’ESPLOSIVO

NON CROLLO o

CROLLO PARZIALE

INATTESO

Per COLPI MANCATI

Per ERRATO

PROGETTO di

DEMOLIZIONE

Per INCOERENZA

PROGETTO/EDIFICATO

TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I



TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


91

158

249

250

Ing. M

arco LU

CID

I



TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

*

INVESTIGATIVA

E’ necessario seguire

temporalmente le n.3

analisi da fare, analisi che

dovrà fare un esperto

(fochino per gli

esplosivi/strutturista per le

analisi del progetto).

Questa fase, avvenendo

vicino o dentro la struttura

che ha mancato il crollo, è

MOLTO PERICOLOSA..la

struttura è instabile ed è

rimasta in piedi, le mine

sono gravide, e non si sa

ancora perché. Da adesso in

poi l’analisi del rischio

segue l’andamento previsto

per il pre-demolizione.

La struttura campione

scelta è ordinaria in

calcestruzzo armato con più

piani fuori terra … classica

nel periodo di riferimento

delle strutture da demolire

in Italia

0.022942



TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

91

158

5

9

2

6

22

88.89%

24.75



TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

1835.64 668

1163

1

2

Calibrazione del Modello



TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

181.73

1

2

38

67

20

5

45

175

1198

96.30%

65.26%

CONCLUSIONI TESI di LA

UREA

“D

em

olizione C


Ing. M

arco LU

CID

I

DALL’ANALISI

il rischio non è assolutamente rilevante e

che se ci sono dei danni essi sono

riconducibili a cause da me non prese in

considerazione, come per esempio i rischi

classici di comparto demolizione

Statistiche provenienti da settori come

quello edile e quello dell’estrazione, in cui

nel primo abbiamo il campo delle

demolizioni e nel secondo l’uso dell’esplosivo

Dal crollo fallito , il personale di cantiere

è esposto ad una situazione di notevole

rischio

Reinseriti nell’albero degli eventi le

percentuali ottenute dal mancato crollo,

andando ad incidere sulla probabilità di

crollo inatteso

Fatta una calibrazione del modello con i

dati degli esposti di settore demolizioni

Nel caso di mancato crollo per i motivi

individuati in fase di analisi, l’attività di

demolizione con esplosivo ha una

percentuale di infortuni maggiore del

dato di comparto

nelle demolizioni in generale, il rischio di quelle

controllate con esplosivo sono relativamente più sicure.

Lo diventano di meno solo nel momento in cui si crea

un mancato crollo dopo lo scoppio o un crollo parziale

al posto del crollo totale previsto.

presentazione tesi di laurea magistrale - lm 26

Engineering