ASPETTI CONCETTUALIDELL’INGEGNERIA FORENSE STRUTTURALE

ASPETTI CONCETTUALI
DELL’INGEGNERIA FORENSE STRUTTURALE
Franco Bontempi
Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni
Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale
UNIVERSITÀ' DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA
Via Eudossiana 18 - 00184 Roma - ITALIA
FB - 30/11/2018 ingegneria forense strutturale 1

Forensic Engineering: definitions
• Forensic Engineering is the application of
engineering methods in determination and
interpretation of causes of damage to, or failure
of, equipment, machines, or structures.
• Forensic Engineering is the application of the art
and science of engineering in matters which are
in, or may possibly relate to, the jurisprudence
system, inclusive of alternative dispute
resolution.
2FB - 30/11/2018 ingegneria forense strutturale

3FB - 30/11/2018
FORWARD
ANALYSIS
BACK
ANALYSIS
3ingegneria forense strutturale

Index
1.Come si progetta una cosa
2.Come si rompe una cosa
3.Come si spiega
4.Lato umano
5.Come si impara

1. Come si progetta una cosa
2. Come si rompe una cosa
3. Come si spiega
4. Lato umano
5. Come si impara

Design as Foresight

OBJECT
NET
Structural
System
Infrastructural
System
USE
SAFETY
INTEGRITY
f(D)
D
Mean
Frequent
Maximum
Rare
Accidental
Exceptional
BlackSwanEvents
Service Limit States
Ultimate Limit States
Integrity Limit States
Performance, Safety and Integrity Levels

HPLC
High Probability
Low Consequences
LPHC
Low Probability
High Consequences
release of energy SMALL LARGE
numbers of breakdown SMALL LARGE
people involved FEW MANY
nonlinearity WEAK STRONG
interactions WEAK STRONG
uncertainty WEAK STRONG
decomposability HIGH LOW
course predictability HIGH LOW
9
HPLC – LPHC EVENTS
FB - 30/11/2018 ingegneria forense strutturale

A Black Swan is an event with the following three attributes.
1. First, it is an outlier, as it lies outside the realm of regular expectations, because nothing in
the past can convincingly point to its possibility.
Rarity -The event is a surprise (to the observer).
2. Second, it carries an extreme 'impact'.
Extreme “impact” - the event has a major effect.
3. Third, in spite of its outlier status, human nature makes us concoct explanations for its
occurrence after the fact, making it explainable and predictable.
Retrospective (though not prospective) predictability - After the first
recorded instance of the event, it is rationalized by hindsight, as if it could have been
expected; that is, the relevant data were available but unaccounted for in risk mitigation
programs. The same is true for the personal perception by individuals.
References: Taleb, Nassim Nicholas (April 2007). The Black Swan: The Impact of the Highly Improbable (1st ed.).
London: Penguin. p. 400. ISBN 1-84614045-5.
Black Swan Events

L’azione A è causa dell’evento B
1. se può dirsi che senza
l’azione A l’evento B
non si sarebbe
verificato,
2. quando senza l’azione
A l’evento B non si
sarebbe verificato,
3. quando senza l’azione
A l’evento B non si
sarebbe verificato,
• tenendo conto di tutte le
circostanze del caso
concreto
• e inoltre B rappresenta
una conseguenza
prevedibile (o nomale)
dell’azione A
• e inoltre il verificarsi
dell’evento B non è
dovuto al concorso di
fattori eccezionali
11
Teoria condizionalistica o della condicio sine qua non
Teoria della causalità adeguata
Teoria della causalità umana

RESILIENCE
Time Horizon for a Structure

RESILIENCERESILIENCE
CONSTRUCTIONS
NEW
EXISTING
COLLAPSED
“As Designed”
“As Built”
“As Actual”
“As Failed”
As …
13
design
clima

Evolutive vs Innovative Design
Il principio di precauzione si applica
non a pericoli già identificati, ma a
pericoli potenziali, di cui non si ha
ancora conoscenza certa.

Es.: design clima

Ponte sul Rio Sinigo
L’industria Italiana del
Cemento 1983;12:759–72.

Cemento 1983;12:759–72.

FB - 30/11/2018 19ingegneria forense strutturale
Cemento 1983;12:759–72.

Cemento 1983;12:759–72.

21FB - 30/11/2018
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BACK
ANALYSIS

3. Come si spiega
4. Lato umano
5. Come si impara

General Failure Model

Swiss Cheese Model for Failure
HAZARD
IN-DEPTH
DEFENCE
HOLES DUE TO
ACTIVE ERRORS
HOLES DUE TO
HIDDEN ERRORS
DESIGN CLIMA
CONCEPTUAL DESIGN
DRAWINGS
CALCULATION
MATERIALS & COMPONENTS
CONSTRUCTION
USE
ACCIDENTS / EXCEPTIONS
MAINTENANCE
MONITORING

Es.: genetics

https://en.wikipedia.org/wiki/Alm%C3%B6_Bridge

32
The Almö Bridge (inaugurated in 1960), that connected the island of
Tjörn (Sweden's 7th largest island) to the mainland. The bridge collapsed
January 18th 1980, when the bulk carrier MS Star Clipper struck the
bridge arch. Eight people died that night as they drove over the edge
until the road on the Tjörn side was closed 40 minutes after the
accident. A new cable-stayed bridge, Tjörn Bridge, was built and
inaugurated in 1981.

Cascade Effect / Domino Effect
• 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 domino effect or 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.

RUNAWAY (1)
effect
time
decomposability
course predictability

EFFECT
RUNAWAY(2)
decomposability
course predictability

Progressive collapse

Structural Robustness (1)
• Capacity of a construction to show regular decrease of its
structural quality 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 rupture
(extensive feature).

Structural Robustness (2)
42
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
STRUCTURALQUALITY
less robust
more robust
Nominal
configuration
Damaged
configuration

Design Strategy #1: CONTINUITY

Design Strategy #2: SEGMENTATION

Es.: segmentation in 1846

The collision of Esso Maracaibo
https://www.venezuelatuya.c
om/occidente/puenterafaelur
danetaeng.htm

http://www.aukevisser.nl/others/id1337.htm

3. Come si spiega
3. Come si spiega
4. Lato umano
5. Come si impara

51FB - 30/11/2018
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ANALYSIS

spiegazióne s. f.
[der. di spiegare; cfr. lat. explicationis]
1. L’atto, il fatto e il modo di rendere chiaro ciò che è
oscuro e difficile da comprendere: chiedere la s. di ciò
che non si è riusciti a capire; se non ti è ancora tutto
chiaro, ti darò un’ulteriore s.; la s. di un indovinello, di
una sciarada; un enigma di difficile spiegazione.
2. Ciò che serve a spiegare un fatto, cioè a giustificarlo,
a capirne le ragioni: non so darmi una s. del suo
comportamento; non riesco a trovare una s. alla sua
violenta reazione; la s. da lui fornita non ha convinto
nessuno; la s. di quanto è accaduto non può essere
che questa; per fatti come questi non c’è una s.
plausibile.

Legge di copertura
• Un antecedente può essere configurato come condizione
necessaria di un evento solo a patto che esso rientri nel
novero di quegli antecendi che, sulla base di una
successione regolare conforme ad una legge dotata di
validità scientifica (la c.d. legge di copertura), portano
ad eventi del tipo di quello verificatosi in concreto.

Leggi universali / statistiche
• Va sottolineato che le leggi scientifiche utilizzabili dal
giudice per la spiegazione causale dell’evento possono
essere o leggi universali o leggi statistiche.
• Si parla di leggi universali quando si tratta di enunciati
che asseriscono regolarità senza eccezioni nella
successione di eventi.
• Difficilmente però il giudice può utilizzare leggi di questa
struttura: molto più spesso deve ricorrere invece a leggi
statistiche, cioè a leggi che enunciano regolarità
statistiche emerse dall’osservazione della realtà empirica
e che affermano che in gran numero di casi (non però in
tutti casi) all’accadimento B segue l’accadimento di A.

Grado di probabilità
• Il riferimento a leggi scientifiche, e in particolare a leggi
statistiche, solleva il problema del grado di probabilità
richiesto perché la condotta possa considerarsi
condizione necessaria dell’evento.
• Il giudice può affermare il rapporto di causalità in quanto
abbia accertato che, con probabilità vicina alla certezza,
con probabilità vicina a cento, quella azione, quella
condotta o omissione, è stata causa necessaria
dell’evento come verificatosi hic et nunc.

Pluralità di possibili spiegazioni
• Talvolta il giudice si trova di fronte ad una pluralità di
possibili spiegazioni causali dell’evento, ciascuna fondata
su una diversa legge scientifica.
• Tra le spiegazioni causali alternative, il giudice dovrà dare
la preferenza a quella che meglio si attaglia al caso
concreto.

Correlazione ≠ Causalità
A. La stima dei pirati sui mari del globo, che ancora
nel 1820 era di 35 000 unità, si è ridotto al 2000
a poche centinaia.
B. Nel medesimo lasso di tempo, la temperatura
aerea globale è salita da 14.2 °C a 15.8 °C.

Correlazione ≠ Causalità
• Conoscendo i due eventi,
1. un giornalista scrive: “La diminuzione della pirateria fa
aumentare il riscaldamento climatico!”;
2. un altro scrive: “L’aumento della temperatura globale fa
diminuire gli atti di pirateria!”;
3. un terzo scrive: “Secondo affidabili fonti scientifiche,
sospettato nesso fra pirateria e riscaldamento climatico!”.
4. Un quarto non scrive niente in merito (perché ritiene che
tra i due eventi ci sia una coincidenza completamente
casuale), ma viene seriamente richiamato dal suo capo
redattore perché non prende posizione circa il discorso
pubblico in merito alla pirateria e il riscaldamento globale. 61FB - 30/11/2018 ingegneria forense strutturale

01/12/2018 64R.G. 579/17 R.G. G.I.P.

Causal Pearl Chain
END
TRIGGERING
CAUSE
ROOT
CAUSE
GO/NO GO
POINT

Timeline e snodo causale
ASPETTI STRUTTURALI /
PROGETTUALI
ASPETTI REALIZZATIVI /
SICUREZZA SUL LAVORO
ATTIVITA' DI
DEMOLIZIONE
NON ADEGUATA
MANCATA
VIGILANZA
AMMINISTRAZIONI
MANCATO
CONTROLLO
DIREZIONE LAVORI /
RESPONSABILE SICUREZZA
IN FASE DI ESECUZIONE
PIANO DI DEMOLIZIONE
NON ADEGUATO /
MANCANZA PROGETTO
DI DEMOLIZIONE
ESTESA
COMPRENSIONE DEL
SISTEMA STRUTTURALE
ESISTENTE
(AGGREGATO EDILIZIO)
INSUFFICIENTE
PROGETTO
CARENTE
MANCATO
RISPETTO
NORME
TECNICHE
COSTRUZIONI
ASPETTI AUTORIZZATIVI /
AMMINISTRATIVI
PRATICA
EDILIZIA
PRATICA
URBANISTICA
INIZIOCROLLO
t
1
2
3

PROGETTUALI
ATTIVITA' DI
DEMOLIZIONE
NON ADEGUATA
MANCATA
VIGILANZA
AMMINISTRAZIONI
MANCATO
CONTROLLO
DIREZIONE LAVORI /
NON ADEGUATO /
MANCANZA PROGETTO
DI DEMOLIZIONE
ESTESA
COMPRENSIONE DEL
SISTEMA STRUTTURALE
ESISTENTE
INSUFFICIENTE
PROGETTO
CARENTE
MANCATO
RISPETTO
NORME
TECNICHE
COSTRUZIONI
AMMINISTRATIVI
PRATICA
EDILIZIA
PRATICA
URBANISTICA
INIZIOCROLLO
A. Costruzione esistente
B. Aggregato edilizio

PROGETTUALI
ATTIVITA' DI
DEMOLIZIONE
NON ADEGUATA
MANCATA
VIGILANZA
AMMINISTRAZIONI
MANCATO
CONTROLLO
DIREZIONE LAVORI /
NON ADEGUATO /
MANCANZA PROGETTO
DI DEMOLIZIONE
ESTESA
COMPRENSIONE DEL
SISTEMA STRUTTURALE
ESISTENTE
INSUFFICIENTE
PROGETTO
CARENTE
MANCATO
RISPETTO
NORME
TECNICHE
COSTRUZIONI
AMMINISTRATIVI
PRATICA
EDILIZIA
PRATICA
URBANISTICA
INIZIOCROLLO
Purtroppo, i crolli nella regione Puglia non appaiono infrequenti
e lo stesso isolato aveva avuto una grave crisi strutturale
con ordine di sgombero
(edificio con affaccio su Via De Leon).
Tale circostanza, sicuramente nota all’Ufficio Tecnico,
avrebbe potuto suggerire ai funzionari dell’Ufficio
un’attenzione maggiore di quella usualmente richiesta,
rammentando ai professionisti proponenti che ci si trovava
ad operare in un edificio esistente in muratura
all’interno di un impianto strutturale di fatto unico
1

PROGETTUALI
ATTIVITA' DI
DEMOLIZIONE
NON ADEGUATA
MANCATA
VIGILANZA
AMMINISTRAZIONI
MANCATO
CONTROLLO
DIREZIONE LAVORI /
NON ADEGUATO /
MANCANZA PROGETTO
DI DEMOLIZIONE
ESTESA
COMPRENSIONE DEL
SISTEMA STRUTTURALE
ESISTENTE
INSUFFICIENTE
PROGETTO
CARENTE
MANCATO
RISPETTO
NORME
TECNICHE
COSTRUZIONI
AMMINISTRATIVI
PRATICA
EDILIZIA
PRATICA
URBANISTICA
INIZIOCROLLO
Le ripercussioni del non
aver considerato
con diligenza e perizia
l’edificio da demolire
come inserito di fatto in un
aggregato edilizio
hanno comportato
superficialità e negligenza
nello sviluppo degli aspetti
relativi alle fasi di
demolizione.
Il piano di sicurezza e
coordinamento appare
insufficiente,
come lo è il piano di
demolizione da inserire al
suo interno.
1
2

PROGETTUALI
ATTIVITA' DI
DEMOLIZIONE
NON ADEGUATA
MANCATA
VIGILANZA
AMMINISTRAZIONI
MANCATO
CONTROLLO
DIREZIONE LAVORI /
NON ADEGUATO /
MANCANZA PROGETTO
DI DEMOLIZIONE
ESTESA
COMPRENSIONE DEL
SISTEMA STRUTTURALE
ESISTENTE
INSUFFICIENTE
PROGETTO
CARENTE
MANCATO
RISPETTO
NORME
TECNICHE
COSTRUZIONI
AMMINISTRATIVI
PRATICA
EDILIZIA
PRATICA
URBANISTICA
INIZIOCROLLO
aver considerato
aggregato edilizio
hanno comportato
demolizione.
insufficiente,
suo interno.
La stessa
inadeguatezza,
a livello di
omissione,
è ravvisabile da
parte
delle istituzioni
e degli attori
cui è
delegata la
vigilanza.
1
2
3

PROGETTUALI
ATTIVITA' DI
DEMOLIZIONE
NON ADEGUATA
MANCATA
VIGILANZA
AMMINISTRAZIONI
MANCATO
CONTROLLO
DIREZIONE LAVORI /
NON ADEGUATO /
MANCANZA PROGETTO
DI DEMOLIZIONE
ESTESA
COMPRENSIONE DEL
SISTEMA STRUTTURALE
ESISTENTE
INSUFFICIENTE
PROGETTO
CARENTE
MANCATO
RISPETTO
NORME
TECNICHE
COSTRUZIONI
AMMINISTRATIVI
PRATICA
EDILIZIA
PRATICA
URBANISTICA
INIZIOCROLLO
aver considerato
aggregato edilizio
hanno comportato
demolizione.
insufficiente,
suo interno.
La stessa
inadeguatezza,
a livello di
omissione,
è ravvisabile da
parte
delle istituzioni
e degli attori
cui è
delegata la
vigilanza.
appare dirimente l’utilizzo di
un mezzo meccanico di una
certa grandezza (terna) e
l’eliminazione dell’ultimo
contrafforte, costituito da un
muro perpendicolare (a
quello in comune fra l’edificio
da demolire e l’edificio
crollato), di fatto lavorante
come contrafforte, all’esterno
di una volte a botte la cui
spinta non è stato più
possibile equilibrare.
1
2
3
4

PROGETTUALI
ATTIVITA' DI
DEMOLIZIONE
NON ADEGUATA
MANCATA
VIGILANZA
AMMINISTRAZIONI
MANCATO
CONTROLLO
DIREZIONE LAVORI /
NON ADEGUATO /
MANCANZA PROGETTO
DI DEMOLIZIONE
ESTESA
COMPRENSIONE DEL
SISTEMA STRUTTURALE
ESISTENTE
INSUFFICIENTE
PROGETTO
CARENTE
MANCATO
RISPETTO
NORME
TECNICHE
COSTRUZIONI
AMMINISTRATIVI
PRATICA
EDILIZIA
PRATICA
URBANISTICA
INIZIOCROLLO
responsabilità
tempo
Profilo di responsabilità

75FB - 30/11/2018
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4. Lato umano
3. Come si spiega
4. Lato umano
5. Come si impara

100%
Time
%offailure Unknown phenomena
Known phenomena
Research level Design code level
past present future
A
BB B
C
Humanerrors
Causes of System Failure

Scuola Jovine di San Giuliano di Puglia

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

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).

Es.: stupidity

1C

108
«Intervenendo sulla struttura
(miglioramento) di fatto il responso
della struttura cioè il coefficiente
medio è il risultato finale è la
somma degli interventi il cui valore
medio è pari a quelli evidenziato dai
calcolo.»

5. Come si impara
3. Come si spiega
4. Lato umano
5. Come si impara

111FB - 30/11/2018
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ANALYSIS

COSE – STRUTTURE - SISTEMI
THINGS – STRUCTURES - SYSTEMS
PERSONE – COMPORTAMENTI
PEOPLE – HUMAN BEHAVIOR
COSA
WHAT
CHI
WHO
ROTTURA – COLLASSO - CRISI
FAILURE – COLLPASE - CRISIS
PERCHE’
WHY
SPIEGAZIONE – CAUSE
REASON - DISCLOSURE
CONOSCENZA
KONWLEDGE
Aumento conoscenza – Knowledge gain
112
EVENTO
EVENT

117
“Chi insegna a molti la giustizia
brillerà
come stella per sempre”

ASPETTI CONCETTUALIDELL’INGEGNERIA FORENSE STRUTTURALE

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