UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II DIPARTIMENTO DI STRUTTURE PER L INGEGNERIA E L ARCHITETTURA

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II DIPARTIMENTO DI STRUTTURE PER L INGEGNERIA E L ARCHITETTURA CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA STRUTTURALE E GEOTECNICA TESI DI LAUREA IN TECNICA DELLE COSTRUZIONI INTEGRAZIONE IN AMBIENTE BIM DI PROCEDURE DI VALUTAZIONE DELLE PERDITE ATTESE INDOTTE DA RISCHIO SISMICO APPLICATE AD EDIFICI ESISTENTI Relatore: Chiar.mo Dott. Ing. Domenico Asprone Candidato: Angelo Ripoli Matricola: M56/307 Correlatore: Dott. Ing. Antonio Salzano Dott. Ing. Umberto Vitiello ANNO ACCADEMICO 2015/2016

2 INTRODUZIONE Il Building Information Modeling (BIM) è una metodologia di progettazione che nasce dalla necessità di gestire l integrità del processo edilizio (progetto, costruzione, manutenzione) facendo ricorso all impiego di ambienti software di modellazione architettonica, strutturale e impiantistica che descrivono e strutturano gli interi organismi edilizi con tecnologie di rappresentazione 3D. Il modello volumetrico che si realizza è unico, condiviso ed integrato e si fonda sulla definizione di oggetti parametrici che portano con se, oltre all informazione grafica, indicazioni di diversa natura inerenti il comportamento meccanico, le prestazioni termiche, il costo, il produttore e lo stato manutentivo del componente. Figura 1 BIM applicato al ciclo di vita dell infrastruttura Il modello BIM rappresenta un database di informazioni fruibili e aggiornabili in qualsiasi momento da utilizzare a supporto delle attività di gestione e manutenzione delle facility in un lasso temporale che può essere esteso alla vita utile dell opera. Il presente lavoro di tesi si propone di indagare le potenzialità della metodologia BIM applicata ad edifici esistenti. Sviluppa, inoltre, una procedura per la valutazione della perdita economica attesa indotta da rischio simico. Infine si investigano i benefici che i proprietari immobiliari possono trarre dall implementazione della metodologia nelle attività di Facility Management.

3 MATERIALI E METODI L attività sperimentale condotta vede la collaborazione con l azienda GRADED, leader nel settore della manutenzione di impianti di climatizzazione di strutture pubbliche campane. Attraverso il software REVIT di casa Autodesk, si è proceduto alla modellazione della componente strutturale, architettonica e impiantistica della Clinica Mediterranea. Figura 2 Modellazione Clinica Mediterranea (Autodesk REVIT) I tre modelli, realizzati separatamente, vengono, in una seconda fase, sovrapposti garantendo il controllo delle incongruenze geometriche e la piena integrazione del lavoro svolto dal team di progetto. Agli oggetti BIM utilizzati, disponibili in rete in formato IFC (Industry Foundation Classes), vengono caricate le informazioni utili in fase di analisi (parametri delle curve di fragilità e costi di danneggiamento relativi agli stati di danno definiti). In questo modo si realizza in input un modello 3D che può essere interrogato in qualsiasi istante per conoscere lo stato di fatto dell infrastruttura. La procedura sviluppata per la valutazione della perdita economica attesa, invece, pone le basi nella Peer s Methodology. Essa prevede di: Definire il rischio sismico del sito di interesse; Eseguire un analisi strutturale; Condurre un analisi del danno; Valutare la perdita economica attesa.

4 La perdita economica media è valutata attraverso la relazione: Nell espressione si indica: costo delle perdite al generico step; il pedice si riferisce alle otto finestre temporali prese in considerazione dalla normativa italiana; indica la probabilità di accadimento di un sisma con periodo di ritorno compreso nei nove intervalli temporali indicati dalla NTC. tasso di sconto totale; termine utilizzato per attualizzare l investimento durante la vita nominale della struttura. Relativamente alla possibilità di utilizzo del modello parametrico dell edificio a supporto delle attività di gestione dell opera si implementa una metodologia in grado di monitorare le attività manutentive degli impianti capace di trattare l informazione in maniera dinamica. Attraverso l inserimento di parametri condivi e grazie alla possibilità di correlare gli stessi attraverso delle formule matematiche si riesce ad utilizzare il software BIM a supporto delle attività di gestione dell opera. A differenza dei tradizionali programmi di manutenzione diffusi su scala mondiale (Archibus, FM-System) si è in grado, inoltre, di tenere in conto anche degli interventi di manutenzione straordinaria da eseguirsi (guasti, sostituzione apparecchiature, cambio di ubicazione dei componenti, operazioni di manutenzione ordinaria effettuate in tempi diversi da quelli programmati). RISULTATI La valutazione della perdita economica attesa implica la conoscenza della risposta sismica della struttura investigata attraverso un analisi statica non lineare. Noto lo stato di salute dell edificio e computati i costi da sostenere, qualora sopraggiunga un evento sismico di una data intensità, è possibile valutare la perdita attesa media nella condizione as-built.

5 P[SD>SD(IRD)] SLD1 0.5 SLD2 0.4 SLD3 0.3 SLD IRD Figura 3.1 Modellazione Clinica Mediterranea Figura 3.2 Esempio curve di fragilità Effettuando un analisi strutturale della Clinica nelle condizioni as built si osserva che l edificio è interessato da crisi strutturali anche per bassi valori della sollecitazione sismica e, dunque, per bassi valori dell indice di sicurezza sismico, avendo definito quest ultimo come il rapporto tra le accelerazioni al suolo capaci e di domanda. In particolare l indice di rischio a cui corrisponde la prima crisi fragile vale: I R =1.8%. Mentre molti degli elementi beam e dei nodi trave-pilastro vanno in crisi a taglio non si evidenziano, invece, problemi di duttilità locale. Al fine di incrementare le prestazioni sismiche dell opera si decide, pertanto, di intervenire con fasciature in polimeri fibro-rinforzati (FRP) per aumentare sensibilmente, negli elementi strutturali, la capacità nei confronti delle sollecitazioni taglianti. In questo modo, rinforzando la struttura per valori crescenti dell indice di sicurezza, si riducono progressivamente le crisi fragili e quindi la perdita economica attesa dell edificio; si assiste, di contro, ad un aumento dei costi dell intervento. I due parametri (perdita economica attesa e costi dell intervento di rinforzo) vengono monitorati al crescere dell indice di sicurezza percentuale della struttura I R.

6 Costi 900, , ,000 perdita attesa costo rinforzo costo atteso 600, , , , , , % 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0% 80.0% 90.0% 100.0% Ir Figura 4 Costo atteso minimo La somma della perdita attesa e del costo di rinforzo, per un assegnato indice di rischio, restituisce il minimo costo atteso della struttura. I risultati mostrano che i benefici economici che si hanno migliorando la struttura fino a valori di prossimi al 10% sono rilevanti; difatti, la curva del costo atteso scende velocemente. Man mano che si procede nel rinforzare l edificio la perdita economica attesa si riduce e allo stesso tempo crescono i costi dell intervento con FRP. Questi diventano significativi già per valori dell indice di rischio prossimi al 30% tanto da non giustificare la riduzione di. L analisi condotta mostra che l ottimo, ovvero il minimo costo atteso, si ottiene migliorando ad un indice di rischio circa pari al 45%. Questo significa che all atto della definizione della strategia di intervento il massimo beneficio prestazionale della struttura rapportato al costo da sostenere si ha per quei valori di.