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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
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.
Napoli, 1-2 Marzo 2011
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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Analisi di rischio di reti di distribuzione -Task 2.2.3
Layout
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Analisi di rischio di reti di distribuzione -Task 2.2.3
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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Analisi di rischio di reti di distribuzione -Task 2.2.3
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)
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Analisi di rischio di reti di distribuzione -Task 2.2.3
•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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
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.
Napoli, 1-2 Marzo 2011
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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
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.
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Impianti IndustrialiTask 2.2.3
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.
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Impianti IndustrialiTask 2.2.3
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
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Impianti IndustrialiTask 2.2.3
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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Impianti IndustrialiTask 2.2.3
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
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Impianti IndustrialiTask 2.2.3
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 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
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Impianti IndustrialiTask 2.2.3
Presentazione del caso studioStrutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991)
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
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Impianti IndustrialiTask 2.2.3
Presentazione del caso studioStrutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991)
modellazione• Collegamento in anima delle colonne composte
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Impianti IndustrialiTask 2.2.3
Presentazione del caso studioStrutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991)
modellazione• Collegamento in anima delle colonne composte
• Caratterizzazione del collegamento in fondazione
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Impianti IndustrialiTask 2.2.3
Presentazione del caso studioStrutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991)
modellazione• Collegamento in anima delle colonne composte
• Caratterizzazione del collegamento in fondazione
• Caratterizzazione del collegamento trave-colonna
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Impianti IndustrialiTask 2.2.3
Presentazione del caso studioStrutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: 1971-1979-1991)
modellazione• Collegamento in anima delle colonne composte
• Caratterizzazione del collegamento in fondazione
• Caratterizzazione del collegamento trave-colonna
• Analisi non lineari (statiche / dinamiche)Curva di Fragilità
Napoli, 1-2 Marzo 2011
Impianti IndustrialiTask 2.2.3
• 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,…)