presentazione tesi di laurea magistrale - lm 26
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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
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
ontrollata con Esplosivo”
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arco LU
CID
I
DINAMICA ESPLOSIVA
DEMOLIZIONI
I FASE - INTRODUZIONE
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
ontrollata con Esplosivo”
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CID
I
I 5
I 6
I 7
DINAMICA dei CROLLI
I FASE - INTRODUZIONE
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)
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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I
I 10
DINAMICA dei CROLLI
I FASE - INTRODUZIONE
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
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em
olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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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
ontrollata con Esplosivo”
Ing. M
arco LU
CID
I
II FASE - APPLICAZIONE
STRUTTURE che si
SVILUPPANO in
ELEVAZIONE
STRUTTURE che si
SVILUPPANO in
ORIZZONTALE
TESI di LA
UREA
“D
em
olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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arco LU
CID
I
II FASE - APPLICAZIONE
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
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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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
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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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
III FASE – ANALISI QUALITATIVA dei RISCHI
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)
Qualitative Risks Analysis
TESI di LA
UREA
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
Ing. M
arco LU
CID
I
III FASE – ANALISI QUALITATIVA dei RISCHI
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
Qualitative Risks Analysis
TESI di LA
UREA
“D
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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arco LU
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I
III FASE – ANALISI QUALITATIVA dei RISCHI
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.
Qualitative Risks Analysis
TESI di LA
UREA
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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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
III FASE – ANALISI QUALITATIVA dei RISCHI
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
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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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
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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I
IV FASE – ANALISI QUANTITATIVA dei RISCHI
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
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
Ing. M
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I
IV FASE – ANALISI QUANTITATIVA dei RISCHI
Quantitative Risks Analysis
TESI di LA
UREA
“D
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
91
158
249
250
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arco LU
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I
IV FASE – ANALISI QUANTITATIVA dei RISCHI
Quantitative Risks Analysis
TESI di LA
UREA
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
Ing. M
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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
IV FASE – ANALISI QUANTITATIVA dei RISCHI
Quantitative Risks Analysis
TESI di LA
UREA
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
Ing. M
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CID
I
91
158
5
9
2
6
22
88.89%
24.75
IV FASE – ANALISI QUANTITATIVA dei RISCHI
Quantitative Risks Analysis
TESI di LA
UREA
“D
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
Ing. M
arco LU
CID
I
1835.64 668
1163
1
2
Calibrazione del Modello
IV FASE – ANALISI QUANTITATIVA dei RISCHI
Quantitative Risks Analysis
TESI di LA
UREA
“D
em
olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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
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olizione C
ontrollata con Esplosivo”
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.