Miglioramento strutturale e sicurezza sismica di un ospedale esistente

SOMMARIO
Il problema del miglioramento della sicurezza sismica di un sistema regionale di ospedali consta di due passi principali: il primo è la modellazione del singolo ospedale, al fine di individuarne le principali criticità (dal punto di vista strutturale) e proporre una strategia di ottimizzazione tecnico – economica al fine del suo miglioramento. Il secondo passo consiste nella modellazione dell’intero sistema regionale di ospedali, anche in questo caso con la finalità di individuare criticità e proporre la migliore strategia per la loro risoluzione. Rimandando ad un successivo articolo l’illustrazione del secondo passo, questo articolo illustra il primo dei due, facendo riferimento ad un ospedale reale: l’ospedale Bianchi-Melacrino di Reggio Calabria che è emblematico di sistemi complessi. L’ospedale fu costruito intorno ad un nucleo centrale abbastanza antico, un complesso di edifici in muratura degli anni ‘20, e poi sviluppato durante gli anni localizzando vari servizi in differenti edifici in muratura, in cemento armato e di tipo misto. L’applicazione è sviluppata fino al calcolo della curva di fragilità dell’intero ospedale. Tale curva viene poi usata per confrontare la situazione attuale con differenti progetti di adeguamento. Una procedura di ottimizzazione permette infine di identificare il progetto di adeguamento più efficace per l’intero sistema.
Un altro aspetto trattato è come semplificare lo studio di affidabilità dell’intero sistema ospedaliero. Viene mostrato che, con una approssimazione molto buona, si può risolvere il problema usando un approccio deterministico dopo aver impostato lo schema logico dell’ospedale in termini di insiemi di taglio (cut-sets) del sistema. L’ultima questione trattata è volta a fornire ad utenti inesperti di studi di affidabilità di ospedali (come ad esempio ingegneri impiegati dell’ospedale prevalentemente coinvolti in operazioni di manutenzione) uno strumento per eseguire analisi e confronti in modo rapido, evitando le complessità matematiche tipicamente presenti in studi di affidabilità dei sistemi.

ABSTRACT
This paper deals with the application of system reliability methods to a difficult real problem: the Bianchi-Melacrino hospital of Reggio Calabria which is paradigmatic of complex systems. The hospital was built around a rather ancient central core, a masonry buildings of the ‘20s, and then developed during the years, with different services located in very different buildings, masonry, reinforced concrete and of mixed types. The application is developed up to the computation of the whole hospital fragility curve. This curve is also used to compare the current situation with different retrofitting designs. An optimization procedure allows to identify the most effective retrofitting design, from a whole system perspective.
A further aspect dealt with, is how to simplify the reliability study of the whole hospital system. It is shown that, with very good approximation, one can solve the problem by using a deterministic approach after setting up the logical scheme of the hospital in terms of cut-sets of the system. The last feature of this study is meant to give inexperienced users of hospital reliability studies (e.g. engineers employed by the hospital who are mostly involved in maintenance operations) an important tool to do computations and comparisons in a fast way, doing away with the mathematical complexity typically present in system reliability studies.

INTRODUZIONE
Gli ospedali sono sicuramente una delle più importanti infrastrutture in occasione di un terremoto. Il loro corretto funzionamento permette di curare i feriti entro poco tempo dal primo soccorso riducendone così considerevolmente la mortalità.
Tre aspetti confliggono con la capacità degli ospedali di essere completamente funzionanti dopo un evento sismico: il primo riguarda principalmente i paesi, come l’Italia, in cui gli ospedali sono collocati in edifici antichi non progettati sismicamente che quindi non di rado presentano un elevato grado di vulnerabilità. Il secondo aspetto riguarda la complessità del sistema ospedaliero stesso: un ospedale è operativo se tutti i suoi servizi sono propriamente funzionanti, come ad esempio le camere operatorie, la radiologia, i laboratori di analisi, ecc., per cui sembra logico affrontare il problema della vulnerabilità degli ospedali con un metodo di analisi di affidabilità dei sistemi coerente con la complessità del sistema. Il terzo aspetto è che l’obiettivo che il progettista deve perseguire è che nessun componente dell’ospedale superi lo stato limite di servizio, anziché lo stato limite ultimo, anche in presenza di eventi sismici severi.
D’altra parte è stato dimostrato che in genere è possibile rendere queste strutture capaci di conservare la propria funzionalità perfino dopo scosse sismiche severe. L’unico paese che possiede codici specifici per il progetto sismico di nuovi ospedali è la California [1] mentre per gli ospedali esistenti il problema non è stato ancora risolto. In California, un recente regolamento impone di adeguare gli ospedali esistenti allo stesso livello di resistenza sismica entro l’anno 2030. Attualmente anche in Italia il problema è sentito e le istituzioni pubbliche intraprendono lo studio dell’adeguamento di ospedali esistenti [2] affinché rimangano funzionali anche dopo terremoti intensi.
Una descrizione dei metodi per modellare in dettaglio la fragilità sismica degli ospedali è presentata in [3], [4], [5], [6]. In [7] è stato dimostrato che circa la metà degli ospedali italiani esistenti in zona sismica non sono stati progettati con criteri antisismici.
Inoltre, anche in edifici con strutture sismicamente sicure, la protezione degli elementi non strutturali e delle apparecchiature rappresenta un problema talmente rilevante e critico per la funzionalità che è necessario un lavoro specifico su questo tipo di organismi per tenere conto del comportamento del sistema.
In [8] sono stati considerati due differenti livelli prestazionali che l’ospedale deve soddisfare dopo un terremoto: l’immediata occupazione (i.o.) e la stabilità strutturale (s.s.) definiti in [9]. Nel presente lavoro è stato considerato soltanto lo stato limite di immediata occupazione: il più vincolante ed interessante dopo un evento sismico.
L’ospedale Bianchi-Melacrino di Reggio Calabria, per il quale sono disponibili i dati, è l’oggetto di questo studio. Si mostrerà che, anche per strutture così complesse, composte da oltre 30 edifici in muratura, in cemento armato e di tipo misto, realizzati nell’ultimo secolo, i criteri di sicurezza sismica sono uno strumento progettuale indispensabile (e semplice).

Vista tridimensionale dell’ospedale Bianchi-Melacrino

All'nterno dell'articolo integrale si approfondiscono i seguenti temi:

• MODELLO PER VALUTARE LA VULNERABILITÀ DEGLI OSPEDALI
• CALCOLO PROBABILISTICO DELLA FRAGILITÀ DELL’OSPEDALE
• VALUTAZIONE DETERMINISTICA (RAPIDA) DELLA FRAGILITÀ DELL’OSPEDALE