Progetto Esecutivo DPC - RELUIS 2010-2013 · Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991) Stato di progetto: studio dei documenti originali di progetto

Progetto EsecutivoDPC - RELUIS

2010-2013

AT-2 Linea 2

Task 2.2.3

Napoli, 1-2 Marzo 2011

Task 2.2.3- MOTIVAZIONI

Valutazione della vulnerabilità e del rischio sismico di sistemi speciali•Dighe in calcestruzzo•Ospedali•Impianti industriali e lifelines •Impianti nucleari

Strutture ed infrastrutture strategiche o critiche di elevato in interesse per questioni di protezione civile per cui lo stato dell’arte della conoscenza sulla valutazione del rischio sismico non è consolidato e richiede significativi sviluppi per la redazione di documenti pre-normativi finalizzati alla loro protezione sismica.

Necessità di un approccio di sistema per la valutazione del rischio


OBIETTIVI - Task 2.2.3

LIFELINES

Analisi di rischio per sistemi spazialmente distribuiti con particolare riferimento alle reti di distribuzione di gas.

Definizione di una metodologia per la definizione e valutazione della pericolosità regionale; ciò necessiterà prevalentemente della creazione di leggi di correlazione spaziale di parametri di intensità del moto sismico considerati come parametri di input per le fragilità dei singoli componenti del sistema


PRODOTTI- Task 2.2.3

LIFELINESD-16-M12

Relazioni di correlazione spaziale delle principali misure di intensità del moto sismico sulla base di dati europei e italiani.

D-17-M24

Procedure di valutazione della pericolosità per sistemi spazialmente distribuiti.

D-18-M36

Linee guida per l’analisi di rischio sismico di reti di distribuzione con particolare riferimento alle reti di gas e

illustrazione di un caso studio.


Analisi di rischio di reti di distribuzione -Task 2.2.3Schema Principali Attività

di ricercaCaratterizzazione del

sistema ed individuazionecomponenti principali

Analisi di vulnerabilitàcomponenti (formulazione

curve di fragilità)

Analisi di vulnerabilitàsistemica (in funzione di un

parametro funzionale)

Stima perdite attese


Analisi di rischio di reti di distribuzione -Task 2.2.3

Layout



Fragilità componenti

•Componenti estesi: Curve di fragilità empiriche•Componenti-sistema : Curve di fragilità ottenute da analisi fault tree

Fault tree per una cabina di regolazione rete gas

Hazus, 2004

Aspetto critico: non esistono curve di fragilità per tutte le tipologie di componenti per ogni sistema



Vulnerabilità sistemicaLa performance del sistema deve essere valutata in accordo alla funzionalità dell’intera rete: individuazione delle interazioni tra i componenti ai fini di un raggiungimento di un livello di performance

sSERVICEABILITY RATIO

Curva di performance

ωi ~ numero di utenzeXi funzionalità nodo i (1,0)



•Tempi e costi di ripristino (disponibilità rete)•Modelli più complessi : es. Computable General Equilibrium (Rose, 2005)

Aspetto critico: individuazione modelli socio/economici per ogni sistema

Conseguenze socio/economiche

Misure di performance

•Connectivity-based system measures:•% o Numero di collegamenti o percorsi chiusi disponibili•% or # di nodi sorgente disponibili per ogni nodo domanda • % or # di utenze servite (residenziali,indistriali, edifici strategici)

•Flow-based measures:•Perdita di portata [m3/h] che determina la riduzione del flusso nella rete e quantifica la mancata fornitura all’utenza.•pressione[bar] minima da mantenere rispetto a due punti della rete o in corrispondenza di un nodo domanda


Modelli Di Correlazione e Pericolosità Regionale Task 2.2.3

Schema Principali Attivitàdi ricerca

Stima geostatistica della correlazione spaziale delle IMs

Selezione delle IMs di interesse e dataset da utilizzare nella

stimaSviluppo e applicazione

di criteri di hazard regionale utilizzando i modelli di correlazione


Modelli Di Correlazione e Pericolosità Regionale Task 2.2.3

Dataset europeo e italiano: caratterizzazione•Numero limitato di registrazioni per ogni terremoto

Esposito et al.,2010

Modellazione geostatistica : stima e validazione•Caratterizzazione residui intraevento di selezionate GMPEs

•Utilizzo di records da più eventi e regioni :

Range 12 km

PGA

Aspetto critico : Modelli in funzione di parametri caratteristici del terremoto

* *1 ,( ) ,........, | , ( , )n M R

M R

P IM im IM im M R f m r dm drλ ν ⎡ ⎤= > >⎣ ⎦∫ ∫IM

POSSIBILE CRITERIO Superamento di un vettoredi IMs per un’area “critica”

Dipende dal modellodi CORRELAZIONE

Aspetto critico:Formulazione analitica integrale non possibile per criteri complessi

Formulazione dell’integrale di hazard A partire da un determinato criterio e utilizzando i modelli di correlazione stimati


Variabilità spaziale degli accelerogrammi:modelli stocastici

(coerenza,moto asincrono,etc.)• La funzione di coerenza caratterizza la correlazione spaziale del

terremoto nel dominio della frequenza.

• Tale funzione normalmente considera i seguenti effetti: a) l’incoerenza causata dalla dispersione delle forme d’onda in un mezzo eterogeneo; (b) la differenza nell’istante di arrivo (arrival times); (c) l’effetto della risposta del sito.

• Nel ambito di questo progetto, i modelli analitici esistenti per la funzione di coerenza vengono calibrati sulla base degli accelerogrammi registrati attraverso il metodo di aggiornamento Bayesiano.

• I modelli di coerenza vengono in seguito utilizzati per generare degli accelerogrammi spazialmente correlati attraverso metodi stocastici.


Attività analitiche e sperimentali previste

Rassegna dei metodistocastici per la modellazione

della correlazione spaziale

Caratterizzazione probabilisticadei modelli analitici esistenti per

la funzione di coerenza sullabase delle registrazioni reali

L’implementazione della funzione dicoerenza all’interno dei metodi stocastici per

generazione degli accelerogerammi

Prodotti Attesi

Calibrazione dei parametri di coerenza su base di dati europei e italiani

Procedura per la valutazione dellapericolosità regionale a partire dallacaratterizzazione probabilistica dellastoria temporale di ground motion


Impianti IndustrialiTask 2.2.3

Affrontare con approccio di sistema il rischio sismico di impianti industriali, con particolare riferimento alla vulnerabilità di componenti di impianto o, più in generale, non strutturali ed alla perdita indotta dall’interruzione di attività

Motivazione e Stato delle ConoscenzeFragilità non disponibili per le principali opere

• Presenza di opere civili di tipo “non-edificio”

• Le maggiori perdite sono dovute non al danno strutturale ma dall’incidente o dalla perdita indotta

Disponibilità in letteratura di framework concettuali ma numero limitato di applicazioni a casi studio

1.Franchin P., Lupoi A., Pinto P.E. (2006). On the role of road networks in reducing human losses after earthquakes. Journal of Earthquake Engineering, 10(2): 195-206.2.Fabbrocino G., Iervolino I., Orlando F., Salzano E. Quantitative risk analysis of oil storage facilities in seismic areas. Journal of Hazardous Materials, 123(1-3):61-69, August 20053.Nuti C; Rasulo A; I. Vanzi. (2010). Seismic safety of network structures and infrastructures, Structure And Infrastructure Engineering, vol. 6, doi 10.1080/157324708026638134.U.S. Nuclear Regulatory Commission, 2001. Technical Basis for Revision of Regulatory Guidance on Design Ground Motions: Hazard- and Risk-Consistent Ground Motion Spectra Guidelines, NUREG/CR-6728, Government Printing Office, Washington, D.C.5.Jayaram, N. (2010). Probabilistic seismic lifeline risk assessment using efficient sampling and data reduction techniques. Dept. of Civil and Environmental Engineering, Stanford University, Stanford, CA.



Obiettivi dell’ UR-UNINA

• classificare il rischio per definire le priorità d’intervento all’interno degli impianti;

• fornire strumenti di supporto alla valutazione del rischio tecnicamente ed economicamente adeguata all’esposizione reale.



Metodologia

Definizione delle perdite dirette ed indirette conseguenti all’evento sismico di un impianto manifatturiero

Valutazione Quantitativa delle perdite:

Dirette umaneDirette di impiantoIndirette fermo impianto

Consequence–based Engineering

Fragilità sismica delle strutture tipo edificio e non (fragilità strutturali)

Fragilità dei contenuti e delle parti non strutturali (fragilità non-strutturali) [Miranda et al.,2005]

Definire Livelli prestazionali significativi per componenti sensibili



Presentazione del caso studioSpiccata valenza tipologica ed ampia ripetitività nel patrimonio edilizio industriale

Edifici destinati ad Utilities in c.a. parzialmente prefabbricati (costruzione: 1979)

Serbatoi in acciaio non ancorati (destinazione d’uso:antincendio)

Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991)

• Realtà altamente dinamiche (strutture modificate per rispondere alle esigenze della produzione)

• Identificazione dei corpi di fabbrica• Suscettibilità al martellamento



Presentazione del caso studioStrutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991)

Stato di progetto: studio dei documenti originali di progetto identificazione dei giunti 5 corpi di fabbricamateriali acciaio Fe360, bulloni classe 8.8 sistema strutturale struttura non controventata, travi reticolari a shedgeometria colonne composte calastrellate, maglia strutturale 24x12 metridettagli strutturali unioni bullonate, colonne con calastrelli nell’anima dei correnti




Stato di progetto: studio dei documenti originali di progetto identificazione dei giunti 5 corpi di fabbricamateriali acciaio Fe360, bulloni classe 8.8 sistema strutturale struttura non controventata, travi reticolari a shedgeometria colonne composte calastrellate, maglia strutturale 24x12 metridettagli strutturali unioni bullonate, colonne con calastrelli nell’anima dei correnti

Stato di fatto: ricostruzione dell’evoluzione della struttura (ispezioni visive e studio dei documenti)

Cambiamento delle condizioni di carico aggiunta di carichi nodali ed orditure secondarie di travi, aggiunta di piani ammezzati sospesi

Danneggiamento per eventi pregressi sisma passato causa danni non strutturali Difetti strutturali




Analisi svolte:

Analisi elastiche lineari statiche

Deformata per carichi verticali

Deformata per carico da vento

PP e carichi permanenti desunti dai progetti originali;- 30 kg/m2 per sottosistemi- 156.25 kg/m2 ulteriori masse sospese

- Vento- Neve (2 condizioni)- Sisma (da PSHA)

Azioni variabili dalla normativa vigente (NTC2008-EC3)

Analisi elastiche lineari dinamiche

1st mode T=0.92 s

2nd modeT=0.90 s

3rd modeT=0.82 s

4th modeT=0.69 s

…

12th modeT=0.66 s




modellazione• Collegamento in anima delle colonne composte





• Caratterizzazione del collegamento in fondazione






• Caratterizzazione del collegamento trave-colonna






• Caratterizzazione del collegamento trave-colonna

• Analisi non lineari (statiche / dinamiche)Curva di Fragilità



• Definizione delle tipologie strutturali e non strutturali ricorrenti sul territorio italiano e significative per il rischio sismico in impianti industriali manifatturieri

• Identificazione di livelli prestazionali significativi per l’interazione tra componenti non strutturali e strutturali.

• Fragilità delle strutture e delle componenti non strutturali e Quantificazione della perdita di Impianto

• Possibilità di valutazione speditiva della vulnerabilità a partire da dati minimi, per ciascuna tipologia strutturale, che tenga conto del danno ad elementi non strutturali

Prodotti attesi

D.19

Linee guida per l’analisi di rischio di impianti industriali

Coordinamento con altre UR (UniRoma3, UniMol,…)

Documents

Progetto Esecutivo DPC - RELUIS 2010-2013 · Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991) Stato di progetto: studio dei documenti originali di progetto