Relazione generale per IF CRASC'15 Sapienza Universita' di Roma, Facolta' di Ingegneria Civile e Industriale, Via Eudossiana 18, 14-16 maggio 2015 Il presente contributo è basato sull’idea che la ricostruzione di una crisi strutturale (semplice rottura o collasso vero e proprio) sia basata su una chiara, corretta, e profonda conoscenza e comprensione delle basi di progetto che portano alla concezione di una costruzione e del processo di analisi che ne verifica la sicurezza e le prestazioni. Partendo da questa idea, l’articolo cerca di presentare in modo sintetico, ma ordinato, nell’introduzione l’orizzonte temporale e la traiettoria di vita che una costruzione può esperire, evidenziando nel successivo paragrafo il carattere sistemico di una struttura, ovvero enfatizzando la organizzazione gerarchica degli elementi strutturali che la formano: da questa ultima descrizione, si possono coerentemente valutare i livelli di crisi che si possono manifestare, giudicarne la gravità e indagarne i motivi. Successivamente, una riflessione necessaria riguarda la natura delle azioni che possono cimentare una costruzione, con le loro origini e caratteristiche in termini di intensità, probabilità di accadimento e gravità di conseguenze. Questo è un aspetto delicato, che dà il giusto rilievo agli accadimenti e agli approcci di analisi e di indagine necessari: questo punto è analogo all’idea che in una costruzione non tutti gli elementi hanno le stesse caratteristiche e la stessa importanza. Queste considerazioni generali non appaiono adeguatamente rimarcate dal quadro normativo corrente, spesso più attivo nelle descrizioni di dettaglio. Nel quarto paragrafo, si esamina la complessità di un problema strutturale (adattando uno schema noto in letteratura dai lavori di Perrow) e i differenti tipi di situazioni di progetto: evolutivo o innovativo. Questa distinzione è importante al fine di rendersi conto delle conoscenze (competenze) che si devono avere nell’affrontare il progetto: competenze che se mancanti o deficitarie possono essere origine di crisi strutturali. Esaminati seppur brevemente questi punti (orizzonte temporale e prestazionale di una struttura, sua organizzazione sistemica, natura delle azioni che possono cimentarla, possibili ragioni della complessità del problema strutturale associato), nel quinto paragrafo, si riporta il modello generale della genesi e dello sviluppo di un fallimento strutturale secondo Reason. L’ultimo paragrafo fornisce, infine, indicazioni sulla ricostruzione dell’evento e la risalita alle responsabilità dal punto di vista ingegneristico.

1. IF CRASC ’15
III CONVEGNO DI INGEGNERIA FORENSE
VI CONVEGNO SU CROLLI, AFFIDABILITÀ STRUTTURALE, CONSOLIDAMENTO
SAPIENZA UNIVERSITA’ DI ROMA, 14-16 MAGGIO 2015
INGEGNERIA FORENSE STRUTTURALE:
BASI DEL PROGETTO E RICOSTRUZIONE DEI COLLASSI
F. Bontempi
Università degli studi di Roma “La Sapienza”
SOMMARIO
Il presente contributo è basato sull’idea che la ricostruzione di una crisi strutturale (semplice
rottura o collasso vero e proprio) sia basata su una chiara, corretta, e profonda conoscenza e
comprensione delle basi di progetto che portano alla concezione di una costruzione e del
processo di analisi che ne verifica la sicurezza e le prestazioni.
Partendo da questa idea, l’articolo cerca di presentare in modo sintetico, ma ordinato, nell’in-
troduzione l’orizzonte temporale e la traiettoria di vita che una costruzione può esperire, evi-
denziando nel successivo paragrafo il carattere sistemico di una struttura, ovvero enfatiz-
zando la organizzazione gerarchica degli elementi strutturali che la formano: da questa ultima
descrizione, si possono coerentemente valutare i livelli di crisi che si possono manifestare,
giudicarne la gravità e indagarne i motivi.
Successivamente, una riflessione necessaria riguarda la natura delle azioni che possono ci-
mentare una costruzione, con le loro origini e caratteristiche in termini di intensità, probabi-
lità di accadimento e gravità di conseguenze. Questo è un aspetto delicato, che dà il giusto
rilievo agli accadimenti e agli approcci di analisi e di indagine necessari: questo punto è
analogo all’idea che in una costruzione non tutti gli elementi hanno le stesse caratteristiche e
la stessa importanza. Queste considerazioni generali non appaiono adeguatamente rimarcate
dal quadro normativo corrente, spesso più attivo nelle descrizioni di dettaglio.
Nel quarto paragrafo, si esamina la complessità di un problema strutturale (adattando uno
schema noto in letteratura dai lavori di Perrow) e i differenti tipi di situazioni di progetto:
evolutivo o innovativo. Questa distinzione è importante al fine di rendersi conto delle cono-
scenze (competenze) che si devono avere nell’affrontare il progetto: competenze che se man-
canti o deficitarie possono essere origine di crisi strutturali.
Esaminati seppur brevemente questi punti (orizzonte temporale e prestazionale di una strut-
tura, sua organizzazione sistemica, natura delle azioni che possono cimentarla, possibili ra-
gioni della complessità del problema strutturale associato), nel quinto paragrafo, si riporta il
modello generale della genesi e dello sviluppo di un fallimento strutturale secondo Reason.
L’ultimo paragrafo fornisce, infine, indicazioni sulla ricostruzione dell’evento e la risalita
alle responsabilità dal punto di vista ingegneristico.

2. F. Bontempi
1. INTRODUZIONE
La progettazione strutturale corrente si trova a dovere affrontare costruzioni con un grado di
complessità notevolmente maggiore che in passato, a causa di più stretti requisiti prestazio-
nali, legati a interazioni con l’ambiente e lungo un preciso orizzonte temporale. I vincoli
economici e la sostenibilità ambientale costringono, infatti, a considerare un insieme di pro-
blematiche che possono essere riassunte nella Fig.1 (Arangio, Bontempi, Ciampoli, 2011;
Arangio, Bontempi, 2010). Nel diagramma ideale riportato, si individua:
1. sull’asse verticale, l’integrità strutturale che riassume sinteticamente la qualità di una
costruzione: essa è il complesso di tutte le caratteristiche strutturali (rigidezza, resistenza,
stabilità, duttilità,…) che caratterizzano una costruzione in termini di funzionalità e di
sicurezza;
2. lungo il corso della vita di una costruzione, si può intendere che questa qualità degradi:
in effetti, a causa delle continue azioni ambientali, della fatica dovuta a azioni cicliche,
dell’invecchiamento endogeno, si ha una progressiva diminuzione di integrità strutturale;
accanto a questo processo continuo, eventi specifici, discreti, come azioni accidentali o
errori di origine antropica, possono provocare brusche perdite di integrità strutturale; in
definitiva, con “durabilità” si misura la capacità di una struttura di avere un limitato
degrado nel tempo, mentre la “robustezza” è la proprietà della struttura di mostrare un
limitato e proporzionale degrado a seguito di un evento negativo;
3. l’integrità strutturale è quindi rappresentabile lungo la vita della costruzione da un punto
che percorre una traiettoria come indicato in Fig.1; nel caso questa integrità scenda sotto
un livello inaccettabile, può decidersi un ripristino della struttura: in termini generali, la
facilità con cui una struttura o una infrastruttura può ripristinare la sua qualità è definita
“resilienza”.
Figura 1. Interazioni ambientali e orizzonte temporale nella progettazione strutturale: integrità strut-
turale, durabilità, robustezza e resilienza.
A questo quadro evolutivo, corrispondono configurazioni differenti della struttura: con rife-
rimento alla Fig.2, si possono individuare le condizioni “as designed”, ovvero come la strut-
tura è concepita e dimensionata idealmente, “as built” ovvero come essa è realizzata con le
RESILIENCE

3. Ingegneria forense strutturale: basi del progetto e ricostruzione dei collassi
inevitabili imperfezioni e i possibili errori, “as actual” con le caratteristiche correnti in un
certo istante, e, infine, “as failed” ovvero come appare la costruzione in seguito a una crisi
strutturale.
L’Ingegneria Forense intesa come studio delle crisi strutturali appare quindi come l’ultima
frontiera per comprendere sia il comportamento strutturale, eventualmente affetto da errori e
debolezze latenti, sia l’insieme delle azioni, remote o contingenti, che hanno portato al col-
lasso. In questo senso, l’Ingegneria Forense deve ricostruire a ritroso la traiettoria di vita della
costruzione e appare quindi un procedimento inverso rispetto alla progettazione strutturale:
quest’ultima prevede il futuro, mentre la prima deve ricostruire il passato.
Proprio per questo, il presente articolo vuole, da una parte, evidenziare i punti critici della
progettazione strutturale, e dall’altra evidenziare come la comprensione e la ricostruzione di
questi punti costituisce compito della Ingegneria Forense; allo stesso tempo, questo permette
di evidenziarne il ruolo nell’avanzamento della conoscenza necessaria alla progettazione
strutturale.
Figura 2. Evoluzione dell’integrità strutturale lungo la traiettoria di vita di una costruzione: configu-
razioni “as designed”, “as built”, “as actual” e “as failed”.
2. SISTEMA STRUTTURALE E SUE CARATTERISTICHE
L’Ingegneria Strutturale è un settore trasversale che si basa su concetti, principi, metodologie
di analisi e progetto comune ai vari ambiti di applicazione: infatti, termini come equilibrio,
congruenza, sicurezza sono intesi in ambito Civile, Meccanico, Aeronautico, Navale, ecc.
Nonostante ciò, il settore Civile ha sempre avuto delle peculiarità legate, da una parte, al fatto
di non avere, generalmente, una produzione ripetitiva di costruzioni (tipica dei settori indu-
strializzati) e dall’altro di affrontare condizioni intrinseche (caratteristiche dei materiali uti-
lizzati) e al contorno (carichi, vincoli, ecc.) soggette ad un elevato grado di ambiguità e in-
certezza. Nel tempo, questo ha comportato uno sviluppo di procedimenti di analisi e di pro-
getto anche, alle volte, efficaci, ma spesso largamente incoerenti e approssimati.
Questa mancanza di coesione di impostazione è stata anche alimentata da quadri normativi
spinti perniciosamente a livelli di dettaglio tali da far perdere l’unitarietà della concezione
strutturale e dei problemi di analisi e progettazione. In questo senso, paradossalmente il qua-
RESILIENCERESILIENCE
CONSTRUCTIONS
NEW
EXISTING
COLLAPSED
“As Designed”
“As Built”
“As Actual”
“As Failed”

4. F. Bontempi
dro normativo appare essere una delle cause della perdita della capacità di analizzare com-
piutamente i problemi strutturali e di risolverli sintetizzando soluzioni corrette. A contribuire
a questa perdita, concorre anche la gran parte della formazione universitaria, piegata sulla
mera riproposizione degli aspetti normativi piuttosto che impegnata nella educazione ai con-
cetti fondanti l’Ingegneria (Simon, 1996).
Un ulteriore fattore disgregante appare essere l’uso superficiale dei codici di calcolo struttu-
rale: l’introduzione generalizzata di mezzi di calcolo automatico che avrebbe dovuto liberare
i progettisti dagli aspetti più ripetitivi dell’analisi strutturale, ha invece spesso appiattito gli
aspetti più nobili della concezione strutturale al rispetto pedante delle verifiche normative.
Questa perdita di visione unitaria nella concezione strutturale e nel processo di verifica della
sicurezza di una costruzione appare essere diffusamente una causa di insuccesso nell’Inge-
gneria Strutturale Civile. D’altra parte, questo modo di procedere, largamente incoerente e
sconnesso, perso negli aspetti di dettaglio, appare non più accettabile dalle esigenze della
attuale Società Civile che richiede costruzioni e infrastrutture sempre più complesse, soddi-
sfacenti sempre più ampi requisiti con condizioni al contorno sempre più varie, soggette a
precisi e stringenti limiti di sostenibilità. Un esempio di quanto possa essere complesso at-
tualmente il progetto di una costruzione è illustrato in Fig.3 dove sono compresi i punti ne-
cessari nel preciso caso di sicurezza antincendio (ISO 13387; Arangio, Bontempi, 2013).
Figura 3. Quadro di riferimento per la progettazione antincendio di una struttura.
La visione attuale di come debba intendersi una costruzione richiede il riferimento al concetto
di sistema nei termini più generali. Questa visione considera la costruzione come un insieme
organizzato e gerarchico di parti. Nella Fig.4 si illustra questo punto, dove lo schema teorico
(a) che illustra come si dispiegano i successivi livelli di scala strutturale sono applicati in (b)
a un ponte sospeso; infine, in (c) si correla la definizione della variabili di progetto alle pre-
stazionali (Bontempi, 2005; Bontempi, 2006; Petrini, Manenti, Gkoumas, Bontempi, 2010).
SS0a
PRESCRIBED
DESIGN
PARAMETERS
SS0b
ESTIMATED
DESIGN
PARAMETERS
SS1
initiation and
development
of fire and
fire efluent
SS2
movement of
fire effluent
SS3
structural response
and fire spread
beyond enclosure
of origin
SS4
detection,
activitation and
suppression
SS5
life safety:
occupant behavior,
location and
condition
SS6
property
loss
SS7
business
interruption
SS8
contamination
of
environment
SS9
destruction
of
heritage
(0)
DESIGN
CONSTRAINTS
AND
POSSIBILITIES
(1+2)
ACTION
DEFINITION
AND
DEVELOPMENT
(3+4)
SYSTEM
PASSIVE
AND ACTIVE
RESPONSE
BUSOFINFORMATION
RESULTS
DESIGN
ACTION
RESPONSE
SAFETY&PERFORMANCE

5. Ingegneria forense strutturale: basi del progetto e ricostruzione dei collassi
(a)
(b)
(c)
Figura 4. Sistema strutturale: a) schema teorico di scomposizione a differenti livelli (macro-meso-
micro); b) applicazione ad un ponte sospeso; c) organizzazione delle variabili di progetto e dei livelli
prestazionali ai diversi livelli.
SISTEMA
STRUTTURALE
PRINCIPALE
ZONE SPECIALI DI
IMPALCATO
SISTEMA DI
RITEGNO/SOSTEGNO
SISTEMA
STRUTTURALE
SECONDARIO
SISTEMA DI
SOSPENSIONE
IMPALCATO
CORRENTE
FONDAZIONI DELLE TORRI
ANCORAGGI
TORRI
SELLE
CAVI PRINCIPALI
PENDINI
CASSONI STRADALI
CASSONE FERROVIARIO
TRAVERSO
INTERNE
TERMINALI
SISTEMA STRUTTURALE
AUSILIARIO
STRADALE
FERROVIARIO
FUNZIONAMENTO
MANUTENZIONE
EMERGENZA
PONTE
MACROLIVELLO
MESOLIVELLO
MACRO-LEVEL MESO-LEVEL MICRO-LEVEL
DESIGN
VARIABLES
PERFORMANCE
LEVELS
MACRO-LEVELMESO-LEVELMICRO-LEVEL

6. F. Bontempi
Questo inquadramento sistemico permette l’individuazione, ad esempio, di elementi critici o
di zone che possono svolgere un ruolo sacrificale per determinati livelli di azione.
In termini generali, questa impostazione permette di riconoscere conseguentemente i diffe-
renti livelli di crisi strutturale. Con riferimento ad un semplice telaio soggetto ad una forza
orizzontale rappresentato in Fig.5, si vede come la crisi si può manifestare I) a livello pun-
tuale (come assunto dal metodo alle tensioni ammissibili), II) a livello sezionale (come as-
sunto per le verifiche di resistenza nel formato agli stati limite), III) a livello di elemento
come assunto nelle verifiche di instabilità), IV) a livello complessivo di struttura (Bontempi,
Arangio, Sgambi, 2008).
Questi livelli di crisi, si presentano in genere in successione, con progressivi gradi di rile-
vanza: i primi tre possono essere associati agli usuali formati di verifica agli Stati Limite,
mentre solo l’ultimo permette di valutare compiutamente il riverbero delle crisi locali sulla
intera struttura. Questo è in particolare utile nel caso di verifiche di robustezza strutturale, in
cui la struttura è esaminata in condizioni non più nominali, ovvero nel suo stato perfetto e
integro, ma nello stato danneggiato o in una configurazione errata (Fig.6) (Starossek, 2009).
Non solo. La visione sistemica, che considera la struttura nel suo complesso, permette di
discriminare anche tra meccanismi di collasso con differente natura: con riferimento alla
Fig.7, è evidente che, a parità di moltiplicatore di carico, una modalità di collasso di tipo “no
sway” è da preferirsi a una modalità di tipo “sway” che può coinvolgere altre strutture e
propagarsi, risultando in possibile effetto domino, ovvero in un collasso progressivo. Questo
livello di impostazione è quello richiesto nei casi di scenari estremi in cui può trovarsi la
struttura, in cui è necessario giudicare anche collassi “buoni” o “cattivi” (Bontempi, 2006).
Figura 5. Livelli di crisi strutturale: I) puntuale; II) sezionale; III) elemento; IV) struttura.

7. Ingegneria forense strutturale: basi del progetto e ricostruzione dei collassi
Figura 6. Robustezza strutturale: progressivo degrado della qualità strutturale dalla configurazione
nominale a quella in cui è presente danneggiamento o errore.
Figura 7. Meccanismi di collasso con differente natura: carattere implosivo del collasso “no sway” e
carattere non confinato del collasso “sway”.
3. AMBIENTE DI PROGETTO, ORIZZONTE TEMPORALE E NATURA DELLE
AZIONI
Il sistema strutturale così individuato è soggetto ad una molteplicità di azioni. Una costru-
zione nello spazio interagisce con l’ambiente circostante. Facendo riferimento alla Fig.8, ad
esempio, ad azioni ambientali come il vento o le onde marine, si distingue in generale (Petrini,
Li, Bontempi, 2010; Gkoumas, Li, Zhou, Petrini, Bontempi, 2011):
a) una regione dello spazio distante dalla struttura, in cui le azioni non risentono della pre-
senza della costruzione (“far field region”);
QUALITY
DAMAGE or ERROR
REQUIRED
PERFORMANCE
NOMINAL
PERFORMANCE
NOMINAL SITUATION
STRUCTURE
& LOADS
Collapse
Mechanism
NO SWAY
“IMPLOSION”
OF THE
STRUCTURE
“EXPLOSION”
OF THE
STRUCTURE
is a process in which
objects are destroyed by
collapsing on themselves
is a process
NOT CONFINED
SWAY

8. F. Bontempi
b) una regione dello spazio in cui le azioni risentono della presenza della costruzione e inte-
ragiscono con essa (“exchange zone”);
c) quando queste azioni sono trasformate in carichi agenti sulla struttura propria.
Figura 8. Ambiente di progetto: “far field region” e “exchange zone”.
E’ nota l’idea che possano svilupparsi fenomeni di interazione aero-elastica o idro-elastica.
Una situazione meno apparente si ha quando anche il comportamento umano può influire con
retroazioni la dinamica dello svolgimento dell’azione sulla struttura. E’ questo il caso delle
situazioni che coinvolgono l’azione incendio (Gentili, Giuliani, Bontempi, 2011): con riferi-
mento alla Fig.9, accanto alle interazioni “incendio - diffusione del calore - riposta termo-
meccanica”, le azioni delle persone presenti nella costruzione possono condizionare lo svol-
gimento dell’incendio, ad esempio favorendone la propagazione nel caso siano aperte delle
porte tagliafuoco. La cosa ovviamente si complica nel caso di costruzioni in cui siano presenti
impianti speciali e industriali. E’ bene sottolineare che queste situazioni aggiungono una di-
mensione nuova rispetto alle azioni ambientali usuali, dove, ad esempio in caso di sisma, il
comportamento umano non influenza lo svolgimento dell’azione. In assenza di tale intera-
zione con il comportamento umano, tali azioni si presentano più semplici.
Figura 9. Fenomeni di retroazione nello sviluppo dell’azione incendio.

9. Ingegneria forense strutturale: basi del progetto e ricostruzione dei collassi
Una seconda considerazione riguarda l’orizzonte temporale che coinvolge la struttura: tanto
più lunga è la vita della struttura, tanto più ampio risulta lo spettro, per tipologia e per inten-
sità, delle azioni che la struttura può esperire. Tra tutte queste azioni, una prima suddivisione
può essere tra quelle che possono essere caratterizzate statisticamente e quelle che non pos-
sono.
La Fig.10 aiuta a comprendere questo punto, facendo riferimento anche alla frequenza con
cui le azioni si presentano. Infatti, se genericamente con D si indica l’intensità dell’azione
(“domanda”), si trovano via via frequenze minori e intensità maggiori passando da situazioni
legate all’uso della struttura (funzionalità della struttura - Stati Limite di Esercizio), situazioni
legate a possibili crisi strutturali (sicurezza - Stati Limite Ultimi). Infine, esiste la possibilità
di azioni estreme, accidentali o eccezionali (da considerare in termini di robustezza strutturale
e di collasso progressivo, attraverso adeguati Stati Limite di Integrità Strutturale).
Se è vero che tutte le azioni precedenti sono situazioni individuate dalla tecnica, seppur con
differenti gradi di definizione, sono stati recentemente considerati anche altri scenari in cui
avvengono eventi chiamati “black-swan”. In questi casi, si assimila un evento con un forte
impatto e con un carattere di sorpresa: d’altra parte, una volta accaduto l'evento, questo viene
razionalizzato a posteriori. E’enfatizzato in questo modo il ruolo sproporzionato degli eventi
a forte impatto, rari e difficili da prevedere rispetto alle normali aspettative nell'ambito della
storia, della scienza, e della tecnica e l'impossibilità di calcolare la probabilità di progressione
di eventi rari e la loro concatenazione (Olmati, Petrini, Bontempi, 2013).
Figura 10. Domanda.
In termini sintetici, le azioni ovvero gli eventi che possono manifestarsi lunga la vita di una
costruzione possono essere distinti fra eventi frequenti e con conseguenze limitate (High Pro-
bability – Low Consequences events: HPLC events), ed eventi rari con grandi conseguenze
(Low Probability – High Consequences events: HPLC events).

10. F. Bontempi
La Tab.1 sancisce le caratteristiche di queste due categorie di eventi: le prime tre righe con-
siderano “energia - rotture – persone” coinvolte; le tre righe successive, “non linearità – in-
terazioni – indeterminazioni” presenti; le ultime due, puntualizzano le possibilità di scom-
porre l’evento e predirne l’evoluzione.
Questa distinzione tipologica comporta anche una differenziazione di approccio di analisi.
Infatti, con riferimento alla Fig.11 si può vedere come varia l’inquadramento di studio: situa-
zioni elementari o semplici, possono essere affrontate in un quadro deterministico, con as-
sunzioni precise e di limitata ricaduta. Al crescere della complessità del problema in esame,
in cui compaiono comportamenti non lineari e indeterminazioni, approcci di tipo probabili-
stico possono essere i più appropriati, ma all’ulteriore aumento della complessità, alla man-
canza di base statistica, si può solo fare affidamento ad approcci di tipo pragmatico, basasti
sulla individuazione pragmatica di scenari supportati da giudizio esperto (Gkoumas, Crosti,
Giuliani, Bontempi, 2009).
Aspects
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
Tabella 1. Caratteristiche eventi HPLC e LPHC.
Figura 11. Inquadramento di situazioni HPLC e LPHC e differenziazione di approccio di analisi.
HPLC
HIGH PROBABILITY
LOW CONSEQUENCES
LPHC
LOW PROBABILITY
HIGH CONSEQUENCES
COMPLEXITY:
Nonlinear Behavior and
Structural Organization
PROBLEM
FRAMEWORK
Deterministic
Stochastic
QUALITATIVE /
DETERMINISTIC
ANALYSIS
QUANTITATIVE
PROBABILISTIC
ANALYSIS
PRAGMATIC
SCENARIOS
ANALYSIS

11. Ingegneria forense strutturale: basi del progetto e ricostruzione dei collassi
4. NATURA DEL PROGETTO
Indubbiamente l’impegno richiesto da un problema strutturale dipende da differenti aspetti
che concorrono a individuare quella che può essere definita complessità. Questa caratteristica
è stata citata nei paragrafi precedenti e ora si può approfondirla con riferimento agli studi di
Perrow (Perrow, 1984).
La Fig.12 illustra questo concetto con una rappresentazione spaziale. Si considerano nello
specifico tre dimensioni.
La prima è delineata dalla non linearità eventualmente presente nel sistema strutturale: ov-
viamente, comportamenti lineari (proporzionali) sono senz’altro più semplici da considerare.
Una seconda dimensione è legata alla presenza nel sistema o nella sua risposta di connessioni,
accoppiamenti o interazioni: sistemi scomponibili, con parti distaccate, chiare suddivisioni,
sono più semplici. Infine, un terzo aspetto è connesso all’ambiguità e alle incertezze che
possono essere presenti (Bontempi, Gkoumas, Arangio, 2008).
In definitiva, allontanandosi dall’origine di questo spazio (passando da comportamenti lineari
a non lineari, da accoppiamenti e interazioni lasche a strette, da indeterminazioni limitate a
estese) il problema strutturale diventa più complesso.
Figura 12. Complessità di un progetto e di un sistema strutturale.
Questa complessità è la caratteristica che rende da una parte difficile la concezione, il pro-
getto e l’analisi del sistema strutturale, ed allo stesso tempo, ne rende difficile la ricostruzione
del fallimento. Sia in fase di progetto sia in fase di indagine è quindi necessario e opportuno,
individuare gli aspetti nelle varie dimensioni che caratterizzano la struttura o il suo fallimento.
Proprio le considerazioni relative alle crisi di differenti sistemi, sia strutturali, sia informatici
o anche organizzativi. Quest’ultimo punto, ricomprendendo il comportamento umano e so-
ciale, rende necessaria per la comprensione dell’accaduto una visione più ampia.
Per la difficoltà di comprensione e di giudizio di un sistema strutturale è necessario mettere
in rilievo il tipo di progetto in esame: si possono, infatti, distinguere progetti “evolutivi”, in
cui si adattano opportunamente concetti, metodi e elementi tipologici, e “innovativi”, in cui
si affrontano concetti, schemi e approcci nuovi e originali.
In termini astratti, attraverso la progettazione evolutiva si può pensare di operare una otti-
mizzazione locale della qualità strutturale, mentre nel secondo caso innovativo, l’introdu-
zione di nuovi concetti può portare a più elevati valori di qualità, riconducendosi ad una
ottimizzazione in grande, come illustrato schematicamente in Fig.13.a.

12. F. Bontempi
A queste maggiori potenzialità, vanno però associate ulteriori insidie, legate al fatto che si
affronta un terreno ignoto o in larga parte non esplorato precedentemente dalla Comunità
Scientifica e Tecnica. Varia quindi, conseguentemente, la quantità di conoscenza richiesta:
con riferimento alla Fig.13.b, nell’affrontare una situazione evolutiva, si può ritenere che
l’esperienza permetta un ricoprimento di conoscenza quasi completo, mentre nelle situazioni
evolutive, la conoscenza richiesta, nuova, è nettamente maggiore (Arangio, Bontempi, 2014).
La conoscenza, posseduta e richiesta, appare quindi un fattore discriminante nella progetta-
zione e nell’innesco di un fallimento strutturale. La Fig.14 sintetizza questo punto: in ascissa
si mette l’orizzonte temporale, il passato, il presente, il futuro; in ordinata è invece rappre-
sentata la percentuale di fallimenti strutturali. Nel corso del tempo, al crescere delle cono-
scenze della Comunità Scientifica e Tecnica, la percentuale di fallimenti dovuti a non cono-
scenza scientifica e tecnica diminuisce. Ad esempio, la situazione B, nel passato poteva por-
tare ad un collasso, al presente è riconosciuta (ad esempio a livello di ricerca) e affrontata e
nel futuro sarà infine codificata dal quadro normativo. Allo stesso tempo, nel presente, ci
sono delle situazioni come Asenz’altro normate, e situazioni come C ignote ma che nel futuro
saranno prima riconosciute dalla ricerca e poi inquadrate dalla normativa.
L’aspetto significativo, e purtroppo pessimistico, della Fig.14 è il progressivo ruolo giocato
dall’errore umano nella origine dei fallimenti strutturali: questa causa prende via via il posto
della ignoranza dei vari fenomeni (NASA, 1995).
(a)
(b)
Figura 13. a) Progetti evolutivi e innovativi; b) conoscenza richiesta.

13. Ingegneria forense strutturale: basi del progetto e ricostruzione dei collassi
Figura 14. Cause di fallimento: con il progresso delle conoscenze si riduce la percentuale delle crisi
dovute a ignoranza ma aumenta quella legata all’errore umano.
5. GENESI E SVILUPPO DI UN FALLIMENTO
Se si pensa alla enorme varietà di situazioni in cui si sono presentati collassi strutturali o altri
tipi di incidenti, appare difficile se non impossibile trovare dei tratti in comune. Se questo è
senz’altro vero il molti casi, è però anche significativo che in altrettanti casi si può ricondurre
la dinamica di questi eventi negativi a un modello generale introdotto da Reason negli
Anni ’90 (Reason, 1990).
La Fig.15 illustra questo modello. E si considerano tutte le attività che portano alla realizza-
zione di una costruzione e al suo utilizzo, si può immaginare come una minaccia (hazard)
possa concretizzarsi in una crisi: in effetti, si può considerare che ogni attività (concettuale,
progettuale, normativa, realizzativa, manutentiva, di utilizzo, …) che ha portato alla situa-
zione attuale, sia come uno strato di protezione contro tale minaccia. Utilizzando una meta-
fora informatica, le varie attività svolte sono come dei “firewall” che proteggono da questa
minaccia: purtroppo, ciascun “layer” difensivo non è perfetto e presenta delle falle: i livelli
difensivi sono bucati, in maniera più o meno grave. Orbene, la minaccia si traduce in una
crisi quando queste deficienze difensive sono allineate: se le mancanze fossero presenti ma
non collineate, la minaccia sarebbe arrestata, ma la loro sincronicità porta all’insuccesso.
La potenza esplicativa di questo modello serve per interpretare sistemi strutturali (e anche
non strutturali) differenti: ad esempio in Fig.16 lo schema di Reason è applicato ad un pro-
blema di sicurezza contro l’incendio. In questo caso, si possono puntualizzare differenti li-
velli di difesa consistenti in:
a) caratteristiche passive del sistema:
 concezione della struttura (tipologia, isostaticità, iperstaticità, …);
 topologia (compartimentazione …) e geometria (forma e dimensioni,…);
 materiali e componenti;
b) caratteristiche attive del sistema:
 impianti di rilevamento e soppressione dell’incendio;
 organizzazione delle squadre di intervento;
c) caratteristiche legate alla vita della struttura:
 manutenzione;
 utilizzo.
100%
Time
%offailure
Unknown phenomena
Known phenomena
Research
level
Design code
level
past present future
A
BB B
C
Humanerrors

14. F. Bontempi
E’evidente l’importanza operativa di questo modello, sia nella fase di progetto, sia nella fase
di indagine: è essenziale comprendere le caratteristiche del sistema in oggetto e le sue possi-
bili debolezze.
Figura 15. Modello generale di Reason per lo sviluppo di una crisi.
Figura 16. Contestualizzazione del modello di Reason nel caso di una struttura passibile di incendio.
HAZARD
IN-DEPTH
DEFENCE
HOLES DUE TO
ACTIVE ERRORS
HOLES DUE TO
HIDDEN ERRORS
STRUCTURAL
CONCEPTION
STRUCTURAL
TOPOLOGY
&
GEOMETRY
threats
No
Yes
threats
STRUCTURAL
MATERIAL
& PARTS
No
Yespassive
structural
characteristics
threats
FIRE DETECTION
& SUPPRESSION
No
Yes
active
structural
characteristics
threats
ORGANIZATION &
FIREFIGHTERS
No
Yes
threats
MAINTENANCE
& USE
No
Yes
threats
No
alive
structural
characteristics
Yes
STRUCTURAL
SYSTEM
CHARACTERISTICS
STRUCTURAL
SYSTEM
WEAKNESS

15. Ingegneria forense strutturale: basi del progetto e ricostruzione dei collassi
6. RICOSTRUZIONE DELL’EVENTO E RISALITA ALLE RESPONSABILITA’
Per tutto il contributo si è fatto riferimento, in parallelo, alla progettazione di un sistema
strutturale e all’indagine della sua crisi. In effetti, si ritiene che queste due fasi siano attività
complementari (Arangio, Bontempi, Crosti, 2012): il modo in cui si progetta e realizza una
cosa influenza come questa si rompe; a sua volta, lo studio e l’indagine della sua rottura,
possono portare a progettarla e realizzarla meglio la prossima volta con un guadagno di co-
noscenza come detto precedentemente.
Può essere utile considerare la Fig.17: sulla sinistra, è presentato quello che può essere con-
siderato un problema diretto dell’Ingegneria Strutturale: in questo caso, ad esempio, per una
struttura, assegnate le azioni, le caratteristiche geometriche e meccaniche oltre ai suoi vincoli,
si può predirne la risposta: questo è in generale un problema di analisi. Sulla destra, sono
invece considerati problemi inversi: sintesi (ovvero progettazione), identificazione e con-
trollo.
Figura 17. Problemi diretti e inversi.
In effetti, anche la ricostruzione dell’evento e la risalita alle responsabilità in caso di crisi
strutturale è un problema inverso (Cestelli-Guidi, 1987). E’ però evidente che la dimensione
del comportamento umano, colposo o doloso, influisce radicalmente sulla impostazione, sulla
formulazione e sulla sintesi della soluzione di questo problema inverso (Stella, 2000): in par-
ticolare, la spiegazione scientifica e tecnica della crisi, origine e dinamica, si deve confrontare
con la spiegazione giuridica della stessa. I due ambiti, “scientifico e tecnico” e “giuridico”
sono distinti ma, ovviamente, contigui.
Non si possono, poi, trascurare gli aspetti psicologici legati ai giudizi sui fatti e alle decisioni
sull’interpretazione (Plous, 1993).
In definitiva, in termini analitici, si può solo pensare ad una formulazione “debole” del pro-
blema e sarà essenziale dimostrare la logica con cui si è arrivati alla sintesi della “soluzione”.
Per tutti questi motivi, appare possibile solo indicare alcuni passi necessari alla risoluzione
di questo problema inverso:
1. sospendere il giudizio (ovvero non avere preconcetti o pregiudizi);
2. osservare e raccogliere (le persone e i fatti);
3. resistere alle pressioni (di tutte le parti);
4. accumulare (diligentemente e coscienziosamente i punti);
5. individuare uno schema spaziale e una dinamica;
6. arrivare dovutamente a una sintesi.
INPUT
Inverse Problems
Synthesis
Identification
Control
OUTPUT
Actions
Structural response
Direct Problem
INPUT
OUTPUT
Geometric
and mechanical
characteristics
Actions
Structural response
Analysis
Geometric
and mechanical
characteristics
Damage states
Model updating

16. F. Bontempi
Un passo critico appare il 5) che prevede di individuare, da una parte, cosa e come ha fallito
in una costruzione, e dall’altra, lo sviluppo temporale. Per la prima parte di questo punto, è
essenziale avere in mente quanto ricordato nei paragrafi su “Sistema strutturale e sue carat-
teristiche”, “Ambiente di progetto, orizzonte temporale e natura delle azioni”, “Natura del
progetto”, mentre per lo sviluppo temporale è necessario fare riferimento al paragrafo “Ge-
nesi e sviluppo di un fallimento”.
Il momento finale di una spiegazione scientifica e tecnica di una crisi strutturale è rappresen-
tato da un diagramma di flusso in cui tutti i passaggi sono ordinatamente incasellati come in
Fig.18. Nell’ottica del modello di Reason, in questo “time scheduling” si potranno ricono-
scere momenti precursori della crisi, ragioni profonde e passaggi critici, e, infine, cause con-
tingenti o inneschi. Infine, a questo time-scheduling sarà allora possibile sovrapporre un pro-
filo di responsabilità come in Fig.19.
Figura 18. Time scheduling: sviluppo di una crisi strutturale.
Figura 19. Profilo di responsabilità lungo il progresso di una crisi.
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
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
responsabilità
tempo

17. Ingegneria forense strutturale: basi del progetto e ricostruzione dei collassi
RINGRAZIAMENTI
Quanto presentato sintetizza la ricerca che è stata sviluppata a partire dalla fine degli Anni ’90
presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Roma La Sapienza, da un
gruppo di ricerca composto da Stefania Arangio, Francesco Petrini, Chiara Crosti, Konstan-
tinos Gkoumas, con passati contributi di Luca Sgambi, Luisa Giuliani, Filippo Gentili, Fran-
cesca Brando, Pierluigi Olmati, mentre attualmente il gruppo comprende anche Paolo Emidio
Sebastiani, Mario Forlino, Giordana Gai e Marcello Mangione.
Gli oltre 200 studenti che in questi anni hanno sviluppato la loro tesi di laurea presso questo
gruppo hanno contribuito significativamente a individuare e definire temi e applicazioni.
Sono, tutti, sinceramente ringraziati.
I concetti e i metodi presentati sono dovuti anche all’essenziale attività di ricerca e consulenza
sviluppata nello spin-off StroNGER s.r.l. – www.stronger2012.com.
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