costruzione degli scenari in emergenza: caratterizzazione del...

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Master in Ingegneria dell’emergenza - A. Goretti- Fenomeno in atto e proiezioni di danno

Costruzione degli scenari in emergenza:caratterizzazione del fenomeno in atto e

proiezioni di dannoAgostino Goretti, Ing., Ph.D.

Roma - 18 Aprile 2002

MASTER IN INGEGNERIA DELL’EMERGENZA

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA, “LA SAPIENZA”

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Indice della presentazione

• caratterizzazione del fenomeno in atto

• proiezioni di danno

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Perché caratterizzare il fenomeno inatto?

Per valutare il possibile uso a breve terminedegli edifici (agibilità) ed una prima ripresadelle attività socio-economiche

Anche la valutazione del danno economico èinfluenzata dall’evoluzione del fenomenosismico. Non ha tuttavia la stessa urgenzadell’agibilità.

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Agibilità in emergenza post-sismicaE’ legata alla necessità di utilizzare l’edificio nelcorso di una sequenza sismica, durante la qualepossono accadere altri eventi sismici

Un edificio può essere ritenuto idoneo quandopresenta garanzie di sicurezza, funzionalità ecomfort.

La sicurezza è finalizzata alla salvaguardia dellavita, non possono venire esclusi ulteriori danni.Anche le norme sulle nuove costruzioniprevedono danni agli edifici in caso di sisma.

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DEFINIZIONE

La valutazione di agibilità in emergenzapost-sismica è una valutazione temporanea

e speditiva - vale a dire formulata sullabase di un giudizio esperto e condotta in

tempi limitati ed in base alla sempliceanalisi visiva ed alla raccolta di

informazioni facilmente accessibili - volta astabilire se, in presenza di una crisi sismica

in atto, gli edifici colpiti dal terremotopossano essere utilizzati, restando

ragionevolmente protetta la vita umana.

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Casistiche relative a terremoti italiani ed esteri | anno | I_MCS | sopralluoghi | ed. inagibili | senzatetto |Friuli ‘76 X >70.000 43.000* 190.000+

Irpinia ‘80 X 160.000++ 300.000Marche ‘97 VIII-IX 100.000 27.000 (27%)Pollino ‘98 VI-VII 20.000 8.000 (25%)

Northridge ‘84 XI 5.700Kobe ‘85 XI 46.000^ 144.000** 300.000LomaPrieta ‘89 XI >10.000Turchia ‘99 120.000** 600.000Grecia ‘99 65.000 32.000 (50%) 70.000

* Unità edilizie private distrutte o danneggiate, ** Edifici distrutti o gravementedanneggiati, + di cui 40.000 sfollati, ++ stimato da 480.000 unità edilizie distrutteo danneggiate, ^ ispezionati i soli edifici multipiano (condomini)

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T=To scossa che motiva le ispezioniL’edificio si danneggia

T=T1>To, nuova ipoteticascossaL’edificio èin grado diresistere? L’edificio

non resiste,è inagibilein To

L’edificioresiste, èagibile in To

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Intensitàrisentita

TempoPassatoimmediato

Scossaprincipale

Possibile 2^scossaprincipale

Valutazioneagibilità

Futuroprossimo

Modificata da Decanini, 1999

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Il GIUDIZIO DI AGIBILITA’

Tre sono gli elementi da prendere, generalmente, inconsiderazione nel formulare il giudizio di agibilità:

• l’intensità delle ulteriori possibili scosse sismiche

• il danno subito dall’edificio

• la vulnerabilità dell’edificio

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INTENSITA’ DELLE POSSIBILI ULTERIORISCOSSE SISMICHE

Definiscono l’evento di riferimento, l’evento cioèrispetto al quale viene formulato il giudizio di agibilità.

Siamo abituati a valutare la sicurezza di unacostruzione in riferimento a prefissate azioni (vento,neve, sovraccarichi accidentali, ecc.), stabilite dallenorme. Ma dopo un terremoto, quale ulteriore eventosismico ci si aspetta nella zona ?

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Foreshocks, aftershocks o crisi sismica ?

Possibili fasi del fenomeno sismico:(non necessariamente tutte presenti)

• Scosse premonitrici (foreshock)• Scossa principale• Ulteriori scosse principali• Scosse di assestamento (aftershocks)

La scossa premonitrice e le ulteriori scosse principalisono particolarmente pericolose per l’agibilità perchépossono comportare risentimenti di intensità più elevatarispetto a quella che ha motivato l’ispezione. Nel caso discosse successive si può presentare il fenomeno dellamigrazione degli epicentri.

SEQUENZASISMICA:

Fase pre-.sismicaFase cosismicaFase post-sismica

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Intensità oMagnitudo

Tempo

Premonitrici

Scossa principale

Repliche

Una scossa principale

Sequenza semplice

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Intensità oMagnitudo

Tempo

Premonitrici

1^ Scossaprincipale

Repliche

2^ Scossaprincipale

3^ Scossaprincipale

Più scosse principali


Sequenza multipla

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Decanini, 1999

Esempio di scossa successiva con intensità alsito di intensità inferiore a quella massimarisentita

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Decanini, 1999

Esempio di scossa successiva con intensità alsito di intensità maggiore di quella massimarisentita

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Esempi di sequenze nella recente storiasismica italiana(Decanini, 1999)

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Terremoto del Belice, 1968, complicata sequenzasismica15 gennaio, ore 1:33, Io=VIII-IX MCS15 gennaio, ore 2:01, Io=IX MCS16 gennaio Io=VIII MCS25 gennaio Io=VIII MCS

Terremoto del Friuli, 1976, sequenza di lunga duratadifficilmente prevedibile.6 maggio Ms=6.5, Io=IX-X11 settembre ML=5.8, Io=VIII15 settembre ML=5.8, Io=VIII15 settembre ML=6.1, Io=IXMigrazione degli epicentri verso Sud-Ovest di 11 Km

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Terremoto dell’Irpinia 1980,Evento principale 23.11.1980, magnitudo ML=6.9, senzapremonitrice percettibile.Repliche fino all’inizio del 1981, le più forti di intensità5.0 e 5.4 il giorno 25 novembre 1980.

Terremoto di Abruzzo 1984,Evento del 7 maggio 1984 M= (Io=VIII MCS),Scossa successiva dell’11 maggio 1984, M= (Io=VII MCS)

Terremoto di Umbria-marche 1997, scossa del27.09.1997, scossa di Colfiorito, ore 02:33, ML=5.627.09.1997, scossa di Colfiorito, ore 11:40, ML=5.83-10.10.1997 scosse di M=5.1 e 5.3,14.10.1997 scossa a Sellano di M=5.3.Aprile 1998 scosse a Gualdo Tadino M=4.3

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Terremoto del Pollino09.09.98 - Io (MCS)=VI-VII

Una scossaprincipale,seguita da

aftershocks

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Terremoto di Umbria-Marche26.09.97 e seguenti - Io (MCS)=IX

Tre scosseprincipali trasettembre ed

ottobre 97,aftershocks,

un’ultimascossa

ad Aprile ‘98

Migrazione degli epicentri

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1

3

2

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Decanini, 1999

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Come determinare se avverrà una nuovascossa?

E, se avverrà, dove sarà localizzata ?

COME ?, DOVE ?, QUANDO ?

I nostri modelli di previsione non sono ancoracosì affidabili, però …..

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COME ?Determinazione dell’intensità di un futuro

terremoto e del meccanismo di generazione

DOVE ?Localizzazione geografica del futuro terremoto

QUANDO ?Localizzazione temporale del futuro terremoto

Previsione a lungo termine (100-500 anni)Previsione a medio termine (10-30 anni)Previsione a breve termine (giorni, ore)

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Terremoto diKocaeli (Turchia)

17.08.99Io (MCS)=XI

EpicentroAftershocks

338 scosse registratedal 17.08.99 al 15.09.99

DOVE ?Dalla registrazione di aftershocks si può individuare la faglia

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COME?Evoluzione del rilascio di energia nell’area considerata

Energia(Magnitudo)

Tempo

Energia massimarilasciabile

Energia ultimo evento

Tempo diattesa

Log(E)=a+bM, a=1.5, b=12

a Tana=rilascio annuo di energia

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Modello di rilascio dell’energia accumulataLog10E=a+bM

E=energia rilasciataM=magnitudo dell’eventoa,b=parametri del modello (a=12, b=1.5)

Dato un evento di magnitudo M che rilascia energia E,quale è la magnitudo che rilascia energia doppia?

E=10a+bM =10a10bM 10a=E10-bM

2E=10a+bM2=10a10bM2= E10-bM10bM2

Log102=b(M2-M)=bDDDDMDDDDM=(Log102)/b

per b=1.5 DDDDM=0.2

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Occorre comunque sempre guardare aidati storici ed alla sismotettonica locale

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Evento di riferimento

Zone epicentrali

Zone non epicentrali

Intensità risentita al sito

Anche uno (o due)gradi in più di quantorisentito in relazionealle caratteristichedell’evento principale

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Albero logico per la determinazionedell’evento di riferimento

Omogeneità: nel corso delle ispezioni l’evento diriferimento dovrebbe essere lo stesso per tutti i tecnici, ma

ad oggi non è mai stato stabilito

Informazioni Crisi sismica Zone Evento di riferimentoAssenti Tutte Intensità risentita

Assente o terminata Tutte Intensità risentitaEpicentrali Intensità risentita

Non soggette apossibili ulterioriscosse

Intensità risentitaPresentiIn atto

Nonepicentrali Soggette a

possibili ulterioriscosse

Intensità maggiore di quellarisentita anche di 1 o 2 gradi

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MODELLI DI PREVISIONE

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Un edificio inagibile non può essere utilizzato nelcorso della crisi sismica.

L’inagibilità va quindi intesa come undanno funzionale dell’edificio

che può derivare da un danno strutturale, nonstrutturale, indotto, ecc.

Cosi come è stata da tempo introdotta unavulnerabilità strutturale e non strutturale, gli edifici

sono caratterizzati anche da una vulnerabilitàfunzionale. Quest’ultima indica la propensione

dell’edificio a divenire inagibile (cioè a non svolgerepiù le funzioni a cui era deputato) a seguito di una

scossa sismica di data intensità.

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Intensità epicentrale, Io

Attenuazione, R

Intensità risentita, I

Danno strutturale, d

Inagibilità

Io

I1

I2

R

Stima degli edifici residenziali inagibili

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020406080

100

0 1 2 3 4 5dmv

%

Mur. AMur. BMur. CC.a.

020406080

100

0 1 2 3 4 5dMv

%


020406080

100

0 1 2 3 4 5dm

%


Tabella XI. Frequenza relativa di inagibilità (%)dMv dmv dm

d A B C C.a. N A B C C.a. N A B C C.a. N0 10 4 2 1 13798 21 7 3 1 5832 21 7 3 0 37001 10 4 2 2 9390 15 7 3 2 23396 16 9 4 2 267792 30 22 13 11 7766 50 41 27 23 4081 66 57 47 26 47463 65 52 40 33 3254 82 75 64 38 3745 88 89 72 20 23564 88 84 74 39 2905 96 93 83 20 2133 97 95 86 83 16485 96 93 100 100 2135 71 86 100 100 61 79 100 100 100 19

E=1-{∑T[f02+(1-f5)2]0.5

T}/NT

Data base di rilievo: Influenza della misura del danno adottata

Danno medio alle struttureverticaliE=0.94

Danno massimo allestrutture verticaliE=0.86

Danno medio all’edificio

E=0.90

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A partire dalle seguenti ipotesi:

1 Danno pari al massimo danno alle strutture verticali, d

2 Completamento del campione, ipotizzando che gli edifici nonrilevati siano caratterizzati da danno nullo

3 Certezza di inagibilità per collasso totale

Si perviene alla seguente probabilità di inagibilità Prob(ina/d) (%)condizionata al verificarsi di un dato livello di danno e per le diverseclassi tipologiche (A,B,C=muratura; c.a.=cemento armato):

d\T A B C C.a.0 5 2 0 01 10 4 2 22 30 22 13 113 65 52 40 334 90 85 75 505 100 100 100 100

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Distribuzioni di dannoProbabilità che avvenga un livello di danno d peredificio di tipologia T soggetto ad una scossa diintensità I: Prob(d/T/I)=DPM(d,T, I)

Prob(inagibilità/I/T)=∑dProb(inagibilità/d) Prob(d/I/T)

0 1 2 3 4 50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Damage level

Freq

uenc

y

A(o), B(*), C1(+), C2(x)

0 1 2 3 4 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Damage levelFr

eque

ncy

A(o), B(*), C1(+), C2(x)

danno danno

Freq

uenz

a

Freq

uenz

a

I=V MCS I=IX MCS

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5 6 7 8 9 100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

I (MCS )

Pro

b(in

a/I)

A

B

CC.a .

Vulnerabilità funzionalecondizionata a intensità epicentrale e tipologia strutturale

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Attenuazione:I=Io-k log[1+(R/h) ] 2 0.5

Per edifici uniformementedistribuiti:Prob(I/Io)=A(I)/Atot

Io, Ao

I1, A1

I2, A2

Prob(Ina/Io)=∑∑∑∑I Prob(Ina/I) Prob(I/Io)

R

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Vulnerabilità funzionalecondizionata a intensità epicentrale e tipologia strutturale

5 6 7 8 9 100

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Io (MCS )

Pro

b(in

a/Io

)

A

B

CC.a .

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Umbria-Marche '97 Io=IX MCS Inagibilità riscontrate=27.2%Inagibilità stimate per completamento del campione (α=0.75), =20.4%Patrimonio edilizio mediamente al 55% classe A e 45% in classe B

Pollino '98 Io=VI-VII MCS Inagibilità riscontrate=22.6%Inagibilità stimate per completamento del campione (α=0.75), =16.9%Patrimonio edilizio mediamente al 65% classe A e 35% in classe B

Verifica del modello

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