SICUREZZA SISMICA DELLE STRUTTURE INDUSTRIALI

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1 SICUREZZA SISMICA DEGLI IMPIANTI CHIMICI A RISCHIO DI INCIDENTE RILEVANTE 7 febbraio 2013 ENEA - Via Giulio Romano, 41 - Roma SICUREZZA SISMICA DELLE STRUTTURE INDUSTRIALI Paolo Clemente, PhD Resp. Prevenzione Rischi Naturali

2 TERREMOTO DI TOHOKU, 2011 L onda (alta circa 14 m) investe la centrale nucleare di Fukushima Daiichi, scavalcando le barriere di protezione (alte circa 6 m) ed invade i locali della centrale

3 MAPPE PERICOLOSITÀ GIAPPONE La mappa (1995) è in forte disaccordo con quanto accaduto negli anni successivi Il termine unpredictable, spesso usato per giustificare simili disastri non soddisfa più, soprattutto per eventi che hanno un periodo di ritorno < 1000 anni.

4 INSEGNAMENTI DEL PASSATO Stone monument Stone monument visto dal villaggio Effetti dello tsunami 100 m a valle dello s. m. Muri di protezione a Miyaho (distrutto) Fudai (intatto)

5 IMPIANTI A RISCHIO DI INCIDENTE RILEVANTE Centrale nucleare di Cruas, Francia (1984), con isolamento sismico (PGA = 0.3 g) Impianto chimico a Aliaga, Turchia, con isolamento sismico Impianti di raffinazione del petrolio Acciaierie e impianti metallurgici Stabilimenti chimici e petrolchimici Centrali termoelettriche ad olio combustibile Produzione e deposito di esplosivi Deposito di fitofarmaci Deposito di tossici Depositi di oli minerali Depositi di gas liquefatti Serbatoio per stoccaggio idrocarburi a Aspropyrgos, Grecia

6 DANNI SISMICI A IMPIANTI PETROLCHIMICI Terremoto di Izmit (Turchia), 1999, M w =7.4: incendio e conseguente collasso di un serbatoio di stoccaggio nella raffineria di Yarimca. L incendio ebbe gravissime conseguenze in termini di inquinamento atmosferico e problemi di approvvigionamento Terremoto di Loma Prieta (CA), 1989, M w =6.9: instabilità a piede d elefante

7 DANNI SISMICI A IMPIANTI PETROLCHIMICI Terremoto di Costa Rica 22/04/1991, M w =7.8 Ribaltamento di un serbatoio alla raffineria Recope Terremoto di Costa Rica 22/04/1991, M w =7.8 Perdita di liquidi

8 DANNI SISMICI A IMPIANTI PETROLCHIMICI Terremoto di Costa Rica 22/04/1991, M w =7.8 Terremoto di Landers (CA) 28/06/1992, M w =7.3: danno alla copertura

9 DANNI SISMICI A IMPIANTI PETROLCHIMICI Terremoto di Landers (CA), 28/06/1992, M w =7.3: danni alle tubazioni rigide

10 TERREMOTO OFF TOKACHI (GIAPPONE), 2003 Raffineria di Tomakomai City, 220 km dall epicentro Serbatoio contenente greggio, si incendiò subito dopo i due eventi sismici principali del 26/09/2003 (M = 8.0 e 7.1) Serbatoio con nafta si incendiò durante gli aftershock il 28/09 45 dei 105 serbatoi presenti nella raffineria furono danneggiati, 30 in modo grave e 29 con fuoriuscita di liquido. La rottura delle coperture dei serbatoi, alle quali seguirono gli incendi, si dovette ai movimenti ondosi di pelo libero (sloshing) dei liquidi infiammabili contenuti, innescati dalle vibrazioni sismiche (le suddette onde erano caratterizzate da alti valori del periodo, pari a circa 7 s)

11 SERBATOI SFERICI Terremoto di Bakersfield, USA (1992, M w =7.7): Due serbatoi sferici, contenenti butano, collassarono: 10 t di gas fuoriuscirono 90 s dopo vi fu un esplosione Gran parte della raffineria fu danneggiata, con una perdita di 1.8 M$

12 IMPIANTI RIR IN ITALIA Oggi un evento sismico può mettere in crisi l assetto socioeconomico anche di grandi aree Terremoto di Kobe (1995): (ove è situato uno dei porti più importanti del mondo), primo caso storico di evento ad avere interessato una concentrazione urbana industrializzata, producendo gravissimi danni al sistema edilizio, viario e produttivo Terremoto di Izmit (Turchia, 17/8/1999): causò l incendio del più grande impianto petrolchimico turco, creando difficoltà all approvvigionamento di combustibile per il trasporto e inquinamento ambientale In Italia scenari simili potrebbero verificarsi se si ripetessero i terremoti del: 1117: Area padana oggi a industrializzazione diffusa (2012) 1693: Sicilia sudorientale oggi sede di stabilimenti petrolchimici

13 TERREMOTO DI PROGETTO Per impianti nucleari: 2 livelli di terremoto di progetto Safe Shutdown Earthquake (SSE): fino al SEE è da garantire la sicurezza della popolazione e degli operatori; corrisponde a un sisma più violento di quelli ritenuti possibili nel sito; è, quindi, a bassissima probabilità di accadimento. Fino al SSE: deve essere possibile lo spegnimento rapido dei reattori nucleari (mediante inserimento barre di controllo, usualmente automatico) e devono restare integri componenti e strutture essenziali per la sicurezza Operational Basis Earthquake (OBE): fino all OBE è da garantire il funzionamento dell impianto in condizioni di sicurezza (con l obiettivo di proteggere anche l impianto stesso); corrisponde a terremoti meno intensi, con significativa probabilità di verificarsi durante la vita dell impianto. Fino all OBE: deve essere garantita l integrità assoluta di componenti e strutture necessari per il funzionamento in condizioni di sicurezza (senza che sia indispensabile lo spegnimento rapido dei reattori)

14 PERICOLOSITÀ SISMICA DI RIFERIMENTO P VR = 63% in 50 anni T R = 50 anni P VR = 10% in 50 anni T R = 475 anni P VR = 2% in 50 anni T R = 2475 anni Le mappe si basano su un approccio probabilistico sono costruite sulla base della storia sismica Ciascuna mappa è relativa ad una probabilità di accadimento in 50 anni Quale mappa usiamo per la progettazione?

15 acc (cm/s/s) acc (cm/s/s) a g /g acc (cm/s/s) SICUREZZA SISMICA DEGLI IMPIANTI CHIMICI A RISCHIO DI INCIDENTE RILEVANTE IL PICCO DELLA MIRANDOLA Sismicità storica: non significativa in R=30-40 km dall epicentro 17/11/1570, Ferrara (30 km a E), M = 5.5, I 0 = VIII 11/07/1987, Prov. Bologna e Ferrara (20 km a S) M = /07/2011, Prov. Reggio Emilia (20 km a NE), M = 4.7 Terremoti con M 6 a S, nell Appennino settentrionale MRN MIRANDOLA NS UP WE t (s) 0.28g in superficie 0.22g al bedrock anni 1500 anni 475 anni Mirandola t (s) t (s) 0.0 0% 20% 40% 60% Progettazione: Terremoto con probabilità di accadimento del 10% in 50 anni (T R = 475 a) e non al Massimo Evento Credibile al sito P VR

16 RISPOSTA SISMICA LOCALE Array velocimetrico a Belmonte Castello (FR): Receiver Functions di registrazioni di aftershocks del sisma dell Aquila, 2009 R Ai 3 siti si hanno differenti risposte allo stesso evento sismico B S Danni all edificio scolastico (S) dovuti al sisma di Cassino del 20/02/2008

17 MICROZONAZIONE SISMICA Definizione MOPS: microzone omogenee in prospettiva sismica (amplificative e non) Scelta siti per nuovi impianti Definizione priorità di intervento sugli esistenti Analisi HVSR Livello I Zone instabili Zone stabili (pianeggianti, V S30 > 800 m/s) Zone stabili ma suscettibili di amplificazione Livello I Livello II: coefficienti di amplificazione attraverso abachi (situazioni semplici 1D) Livello III: coefficienti di amplificazione attraverso misure in sito e modellazione Livello III

18 EDIFICI INDUSTRIALI ESISTENTI

19 VALUTAZIONE SICUREZZA EDIFICI ESISTENTI È obbligatoria in caso di: riduzione evidente della capacità resistente e/o deformativa della struttura, o delle caratteristiche meccaniche dei materiali, azioni eccezionali, cedimenti del terreno di fondazione; provati gravi errori di progetto o di costruzione; cambio della destinazione d uso (carichi e/o classe d uso); interventi non strutturali, se interagiscano con elementi strutturali. interventi di adeguamento o di miglioramento riparazioni o interventi locali su elementi isolati, che comunque comportino un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti. In tali casi, la valutazione della sicurezza deve permettere di stabilire se: l uso della costruzione possa continuare senza interventi; l uso debba essere modificato (declassamento, cambio di destinazione, ); sia necessario procedere ad aumentare o ripristinare la capacità portante. Le norme non impongono di valutare la sicurezza degli edifici esistenti!

20 INTERVENTI SU EDIFICI ESISTENTI i provvedimenti detti sono necessari e improcrastinabili nel caso in cui non siano soddisfatte le verifiche relative alle azioni controllate dall uomo (carichi permanenti e altre azioni di servizio) per l inadeguatezza di un opera rispetto alle azioni ambientali, non controllabili dall uomo e soggette ad ampia variabilità nel tempo ed incertezza nella loro determinazione non si può pensare di imporre l obbligatorietà dell intervento o del cambiamento di destinazione d uso o, addirittura, la messa fuori servizio dell opera, non appena se ne riscontri l inadeguatezza. Le decisioni da adottare dovranno necessariamente essere calibrate sulle singole situazioni (in relazione alla gravità dell inadeguatezza, alle conseguenze, alle disponibilità economiche e alle implicazioni in termini di pubblica incolumità). Saranno i proprietari o i gestori delle singole opere, siano essi enti pubblici o privati o singoli cittadini, a definire il provvedimento più idoneo, eventualmente individuando uno o più livelli delle azioni, commisurati alla vita nominale restante e alla classe d uso, rispetto ai quali si rende necessario effettuare l intervento di incremento della sicurezza entro un tempo prestabilito". In caso di inefficienza nei confronti dei carichi verticali (controllate dall'uomo) bisogna intervenire; l'inadeguatezza alle azioni sismiche (non controllabili dall'uomo e incerte) non obbliga all'intervento!

21 VALUTAZIONE SICUREZZA EDIFICI STRATEGICI Soltanto per le opere di interesse strategico l'opcm 3274/2003 obbligava i proprietari alla verifica entro 5 anni, specialmente per le zone a media ed elevata sismicità, secondo un piano di priorità da elaborare entro 6 mesi sulla base delle risorse finanziarie disponibili, ma la necessità di intervenire andava soltanto "tenuta in considerazione... nella redazione dei piani triennali e annuali... nonché ai fini della predisposizione del piano straordinario di messa in sicurezza antisismica...". Le norme non impongono di intervenire sugli edifici esistenti!

22 COME VALUTARE LA SICUREZZA? La valutazione non può basarsi su un semplice esame visivo Sono necessari: Analisi sperimentale sui materiali (effettive resistenze) sulle strutture (effettivo comportamento statico e dinamico) Analisi numeriche complesse per la valutazione della capacità (modelli numerici tarati sulla base dei risultati sperimentali) Sono operazioni che potrebbero avere un costo significativo, ma sono indispensabili per: la valutazione in sé la definizione degli eventuali interventi

23 OBIETTIVI STRATEGICI Definizione di scenari di danno Analisi della risposta sismica locale nei siti di impianti Valutazione della vulnerabilità delle strutture, il cui danneggiamento potrebbe provocare ingenti danni all ambiente e che devono restare operative anche in occasione di un terremoto Monitoraggio statico e sismico permanente delle strutture e dei componenti Adozione di tecniche innovative di protezione sismica per le nuove realizzazioni ma anche per l adeguamento delle esistenti

24 IMPIANTI INDUSTRIALI Costruiti a volte senza tener conto delle azioni sismiche Vulnerabili perfino a eventi moderati Caratterizzati da: Irregolarità Strutture complesse Tubazioni lunghe e complesse Adeguamento sismico particolarmente delicato: Strutture e impianti complessi Vanno preservate le esigenze funzionali ed economiche Vanno cercate nuove soluzioni

25 STRUTTURA ISOL. SISMICO EDIFICI ESISTENTI Brevetto internaz.: P. Clemente (ENEA), A. De Stefano, G. Barla (POLITO) Gap Terreno Settore cilindrico superiore Parete esterna Parete interna Isolatori Inseriti previa rimozione degli elementi di connessione Connessione rigida tra l edificio e il sistema di isolamento Settore cilindrico inferiore Tubi in c.a. inseriti a con tecnica spingitubo o microtunnelling (diametro 2 m)

26 PREVENZIONE = INFORMAZIONE All'ingresso degli strutture non adeguate sismicamente EDIFICIO NON ADEGUATO SISMICAMENTE

27 FINE Grazie per la Vostra cortese attenzione