Progetto Esecutivo DPC - RELUIS AT-2 Linea 2 Task 2.2.3

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1 Progetto Esecutivo DPC - RELUIS AT-2 Linea 2

2 - 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

3 OBIETTIVI - 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

4 PRODOTTI- LIFELINES D-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.

5 Analisi di rischio di reti di distribuzione - Schema Principali Attività di ricerca Caratterizzazione del sistema ed individuazione componenti principali Analisi di vulnerabilità componenti (formulazione curve di fragilità) Analisi di vulnerabilità sistemica (in funzione di un parametro funzionale) Stima perdite attese

6 Analisi di rischio di reti di distribuzione - Layout

7 Analisi di rischio di reti di distribuzione - 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

8 Analisi di rischio di reti di distribuzione - Vulnerabilità sistemica La 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 Curva di performance s SERVICEABILITY RATIO ω i ~ numero di utenze X i funzionalità nodo i (1,0)

9 Analisi di rischio di reti di distribuzione - 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 Conseguenze socio/economiche 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

10 Modelli Di Correlazione e Pericolosità Regionale Schema Principali Attività di ricerca Selezione delle IMs di interesse e dataset da utilizzare nella stima Stima geostatistica della correlazione spaziale delle IMs Sviluppo e applicazione di criteri di hazard regionale utilizzando i modelli di correlazione

11 Modelli Di Correlazione e Pericolosità Regionale Dataset europeo e italiano: caratterizzazione Numero limitato di registrazioni per ogni terremoto Modellazione geostatistica : stima e validazione Caratterizzazione residui intraevento di selezionate GMPEs Utilizzo di records da più eventi e regioni : Formulazione dell integrale di hazard A partire da un determinato criterio e utilizzando i modelli di correlazione stimati * * λ( IM) = ν P IM1 > im,..., IMn > im M, R fm, R( m, r) dmdr MR Dipende dal modello di CORRELAZIONE Range 12 km Esposito et al.,2010 POSSIBILE CRITERIO Superamento di un vettore di IMs per un area critica PG A Aspetto critico: : Modelli in funzione di parametri caratteristici Formulazione del terremoto analitica integrale non possibile per criteri complessi

12 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.

13 Attività analitiche e sperimentali previste Rassegna dei metodi stocastici per la modellazione della correlazione spaziale Caratterizzazione probabilistica dei modelli analitici esistenti per la funzione di coerenza sulla base delle registrazioni reali L implementazione della funzione di coerenza 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 della pericolosità regionale a partire dalla caratterizzazione probabilistica della storia temporale di ground motion

14 Impianti Industriali 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 Conoscenze Presenza di opere civili di tipo non-edificio Le maggiori perdite sono dovute non al danno strutturale ma dall incidente o dalla perdita indotta Fragilità non disponibili per le principali opere 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): 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 Nuti C; Rasulo A; I. Vanzi. (2010). Seismic safety of network structures and infrastructures, Structure And Infrastructure Engineering, vol. 6, doi / U.S. Nuclear Regulatory Commission, 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.

15 Impianti Industriali 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.

16 Impianti Industriali Metodologia Definizione delle perdite dirette ed indirette conseguenti all evento sismico di un impianto manifatturiero Valutazione Quantitativa delle perdite: Dirette umane Dirette di impianto Indirette 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

17 Impianti Industriali Presentazione del caso studio Spiccata valenza tipologica ed ampia ripetitività nel patrimonio edilizio industriale Edifici destinati ad Utilities in c.a. parzialmente prefabbricati (costruzione: 1979) Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: ) Serbatoi in acciaio non ancorati (destinazione d uso:antincendio) Realtà altamente dinamiche (strutture modificate per rispondere alle esigenze della produzione) Identificazione dei corpi di fabbrica Suscettibilità al martellamento

18 Impianti Industriali Presentazione del caso studio Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: ) Stato di progetto: studio dei documenti originali di progetto identificazione dei giunti 5 corpi di fabbrica materiali acciaio Fe360, bulloni classe 8.8 sistema strutturale struttura non controventata, travi reticolari a shed geometria colonne composte calastrellate, maglia strutturale 24x12 metri dettagli strutturali unioni bullonate, colonne con calastrelli nell anima dei correnti

19 Impianti Industriali Presentazione del caso studio Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: ) Stato di progetto: studio dei documenti originali di progetto identificazione dei giunti 5 corpi di fabbrica materiali acciaio Fe360, bulloni classe 8.8 sistema strutturale struttura non controventata, travi reticolari a shed geometria colonne composte calastrellate, maglia strutturale 24x12 metri dettagli 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

20 Impianti Industriali Presentazione del caso studio Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: ) Analisi svolte: Analisi elastiche lineari statiche PP e carichi permanenti desunti dai progetti originali; - 30 kg/m 2 per sottosistemi kg/m 2 ulteriori masse sospese Azioni variabili dalla normativa vigente (NTC2008-EC3) - Vento - Neve (2 condizioni) -Sisma(da PSHA) Deformata per carichi verticali Deformata per carico da vento 1 st mode T=0.92 s 2 nd mode T=0.90 s 3 rd mode T=0.82 s 4 th mode T=0.69 s 12 th mode T=0.66 s Analisi elastiche lineari dinamiche

21 Impianti Industriali Presentazione del caso studio Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: ) modellazione Collegamento in anima delle colonne composte

22 Impianti Industriali Presentazione del caso studio Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: ) modellazione Collegamento in anima delle colonne composte Caratterizzazione del collegamento in fondazione

23 Impianti Industriali Presentazione del caso studio Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: ) modellazione Collegamento in anima delle colonne composte Caratterizzazione del collegamento in fondazione Caratterizzazione del collegamento trave-colonna

24 Impianti Industriali Presentazione del caso studio Strutture produttive: capannone in acciaio (costruzione: ) 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

25 Prodotti attesi Napoli, 1-2 Marzo 2011 Impianti Industriali 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 Coordinamento con altre UR (UniRoma3, UniMol, ) D.19 Linee guida per l analisi di rischio di impianti industriali

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