A trent anni dal Terremoto dell 80 La Prevenzione del Rischio Sismico tra Memoria e Innovazione
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1 Centro Studi PLINIVS Università di Napoli A trent anni dal Terremoto dell 80 La Prevenzione del Rischio Sismico tra Memoria e Innovazione Potenza, Venerdì, 19 Novembre 2010 Università degli Studi della Basilicata La valutazione della vulnerabilità: dalle DPM basate sui dati rilevati nel sisma 80 agli attuali approcci numerico-meccanici Domenico Liberatore 1, Giulio Zuccaro 2 1 Università di Roma La Sapienza 2 Università di Napoli Federico II
2 Il rischio sismico Il rischio sismico è la misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo.
3 Il rischio sismico Il rischio sismico è la misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo. Esso è determinato dalla combinazione della:
4 Il rischio sismico Il rischio sismico èla misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo. Esso è determinato dalla combinazione della: - pericolosità sismica del territorio, rappresentata dalla frequenza e dall intensità dei terremoti che lo interessano;
5 Il rischio sismico Il rischio sismico èla misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo. Esso è determinato dalla combinazione della: - pericolosità sismica del territorio, rappresentata dalla frequenza e dall intensità dei terremoti che lo interessano; - vulnerabilità sismica, ossia la propensione di una struttura a subire un danno di un determinato livello a fronte di un evento sismico di una data intensità;
6 Il rischio sismico Il rischio sismico èla misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo. Esso è determinato dalla combinazione della: - pericolosità sismica del territorio, rappresentata dalla frequenza e dall intensità dei terremoti che lo interessano; - vulnerabilità sismica, ossia la propensione di una struttura a subire un danno di un determinato livello a fronte di un evento sismico di una data intensità; - esposizione; gli elementi esposti al rischio sono tutto ciò che è stato realizzato dall uomo, la cui condizione e il cui funzionamento può essere danneggiato, alterato o distrutto dall evento sismico.
7 Intensità MCS del terremoto Irpinia-Basilicata del 23/11/1980
8 Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia- Basilicata Rilevamento a tappeto vulnerabilità e danno su 41 Comuni Oltre edifici rilevati
9 Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia- Basilicata Scheda di rilevamento
10 Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia- Basilicata Scheda di rilevamento
11 Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia- Basilicata Scheda di rilevamento
12 Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia- Basilicata Scheda di rilevamento
13 Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia- Basilicata Scheda di rilevamento
14 La scala di intensità sismica Medvedev-Sponheuer- Karnik-76 (MSK-76)
15 Algoritmo di analisi basato sulla massimizzazione della funzione di verosimiglianza Intensità sismica MSK
16 Algoritmo di analisi basato sulla massimizzazione della funzione di verosimiglianza Classi di vulnerabilità
17 Algoritmo di analisi basato sulla massimizzazione della funzione di verosimiglianza Matrici di probabilità di danno (DPM) I EMS = 6 Classe A I EMS = 6 Classe B I EMS = 6 Classe C 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5 p 0,4 p 0,4 p 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0, danno danno danno I EMS = 7 Classe A I EMS = 7 Classe B I EMS = 7 Classe C 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5 p 0,4 p 0,4 p 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0, danno danno danno I EMS = 8 Classe A I EMS = 8 Classe B I EMS = 8 Classe C 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5 p 0,4 p 0,4 p 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0, danno danno danno
18 La European Macroseismic Scale (EMS) La base della European Macroseismic Scale (EMS) è la scala Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK), che a sua volta si basa sull esperienza dell applicazione delle scale MCS, Modified Mercalli (MM) e Medvedev, nota anche come GEOFIAN.
19 La European Macroseismic Scale (EMS) La base della European Macroseismic Scale (EMS) è la scala Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK), che a sua volta si basa sull esperienza dell applicazione delle scale MCS, Modified Mercalli (MM) e Medvedev, nota anche come GEOFIAN. Con alcune piccole modifiche negli anni 70 e 80, la scala MSK è stata ampiamente utilizzata in Europa. Nei primi anni 90, la European Seismological Commission (ESC) utilizzò molti dei principi formulati nella Scala MSK per lo sviluppo della EMS, che attualmente è lo standard per la valutazione dell intensità in Europa.
20 La European Macroseismic Scale (EMS) Gli obiettivi perseguiti dalla EMS sono: - la robustezza della scala; piccole differenze nella valutazione del danno non devono indurre grandi differenze nella valutazione dell intensità; - il carattere locale dell intensità, rappresentativa per un villaggio, una piccola città o parte di una grande città, ma non per un singolo edificio; - la semplicità d uso.
21 La European Macroseismic Scale (EMS) Problemi specifici risolti dalla EMS sono: - soddisfare le esigenze non solo sismologiche, ma anche ingegneristiche, grazie a una migliore definizione dei tipi edilizi, della corrispondente vulnerabilità e del danno; - introdurre nuovi tipi di edifici, specialmente quelli progettati secondo norme sismiche (ERD: earthquake resistant design), non coperti dalle scale precedenti; - definire una scala adatta anche alla valutazione dell intensità di terremoti storici.
22 La European Macroseismic Scale (EMS)
23 La European Macroseismic Scale (EMS) Classi di vulnerabilità
24 E possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive?
25 E possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive? Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura)
26 E possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive? Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura) Epoca di costruzione (importante sia per gli edifici in muratura che in c.a.)
27 E possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive? Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura) Epoca di costruzione (importante sia per gli edifici in muratura che in c.a.) Dati forniti da terremoti successivi a quello del 1980: 1984 Appennino abruzzese M w = Appennino umbro-marchigiano M w = Molise M w = L Aquila M w = 6.3
28 E possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive? Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura) Epoca di costruzione (importante sia per gli edifici in muratura che in c.a.) Dati forniti da terremoti successivi a quello del 1980: 1984 Appennino abruzzese M w = Appennino umbro-marchigiano M w = Molise M w = L Aquila M w = 6.3 Giudizio esperto
29 E possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive? Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura) Epoca di costruzione (importante sia per gli edifici in muratura che in c.a.) Dati forniti da terremoti successivi a quello del 1980: 1984 Appennino abruzzese M w = Appennino umbro-marchigiano M w = Molise M w = L Aquila M w = 6.3 Giudizio esperto Modelli meccanici
30 E possibile ridurre la dispersione intrinseca delle DPM?
31 E possibile ridurre la dispersione intrinseca delle DPM? Scheda di 2 livello
32 E possibile ridurre la dispersione intrinseca delle DPM? Scheda di 2 livello Modelli meccanici
33 E possibile ridurre la dispersione intrinseca delle DPM? Scheda di 2 livello Modelli meccanici DPM per meccanismi di danno
34 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980 Pochi mesi dopo il terremoto del 23/11/1980, il danno subito dal patrimonio monumentale della Basilicata venne rilevato utilizzando una scheda appositamente messa a punto.
35 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980 Pochi mesi dopo il terremoto del 23/11/1980, il danno subito dal patrimonio monumentale della Basilicata venne rilevato utilizzando una scheda appositamente messa a punto.
36 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980 Pochi mesi dopo il terremoto del 23/11/1980, il danno subito dal patrimonio monumentale della Basilicata venne rilevato utilizzando una scheda appositamente messa a punto.
37 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980 Pochi mesi dopo il terremoto del 23/11/1980, il danno subito dal patrimonio monumentale della Basilicata venne rilevato utilizzando una scheda appositamente messa a punto.
38 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
39 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
40 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
41 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
42 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
43 Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980 Balvano: Chiesa di S. Maria Assunta Muro Lucano: Castello
44 Matrici di probabilità di danno (DPM) per le chiese 1,00 MCS V 1,00 MCS VI 0,90 0,90 0,80 0,80 0,70 0,70 0,60 0,60 0,50 0,50 0,40 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Nessun Danno 0 Lesioni Leggere 1 Lesioni Gravi 2 Pericolosità 3 Crollo 4 Distribuzione Percentuale Distribuzione Binomiale 0,30 0,20 0,10 0,00 Nessun Danno 0 Lesioni Leggere 1 Lesioni Gravi 2 Pericolosità 3 Crollo 4 Distribuzione Percentuale Distribuzione Binomiale 1,00 MCS VII 1,00 MCS VIII 0,90 0,90 0,80 0,80 0,70 0,70 0,60 0,60 0,50 0,50 0,40 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Nessun Danno 0 Lesioni Leggere 1 Lesioni Gravi 2 Pericolosità 3 Crollo 4 Distribuzione Percentuale Distribuzione Binomiale 0,30 0,20 0,10 0,00 Nessun Danno 0 Lesioni Leggere 1 Lesioni Gravi 2 Pericolosità 3 Crollo 4 Distribuzione Percentuale Distribuzione Binomiale Distribuzione binomiale 4! k 4 k dk = p (1 p) k!(4 k)! ( k = 0,1, 2, 3, 4)
45 DPM chiese Basilicata, Chiese Umbria, chiese Marche, edifici ordinari classe A Danno Medio Chiese Umbria Chiese Marche Edifici Irpinia Chiese Schede Basilicata 0.2 V VI VII VIII Intensità MCS
46 Analisi per macroelementi e meccanismi di danno
47 DPM per meccanismi di danno Ribaltamento della facciata
48 DPM per meccanismi di danno Ribaltamento della facciata
49 DPM per meccanismi di danno Ribaltamento della facciata I = V n = 14 I = VI n = 34 60% 50% 45% 40% 40% 35% 30% 30% 25% 20% 20% 15% 10% 10% 5% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 I = VII n = 24 I = VIII n = 6 35% 40% 30% 35% 25% 30% 20% 25% 15% 10% 20% 15% 10% 5% 5% 0% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 d0 d1 d2 d3 d4 d5
50 DPM per meccanismi di danno Ribaltamento della facciata I = V n = 14 I = VI n = 34 60% 50% 45% 40% 40% 35% 30% 30% 25% 20% 20% 15% 10% 10% 5% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 5 4 y = x R 2 = ; n = 80 I = VII n = 24 I = VIII n = 6 Danno % 30% 25% 20% 40% 35% 30% 25% 1 15% 10% 20% 15% 10% 0 5% 5% Intensità MCS 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5
51 DPM per meccanismi di danno Ribaltamento della facciata I = V n = 14 I = VI n = 34 60% 50% 45% 40% 40% 35% 30% 30% 25% 20% 20% 15% 10% 10% 5% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 5 4 y = x R 2 = ; n = 80 I = VII n = 24 I = VIII n = 6 Danno % 30% 25% 20% 40% 35% 30% 25% 1 15% 10% 20% 15% 10% 0 5% 5% Intensità MCS 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5
52 DPM per meccanismi di danno Ribaltamento della facciata: analisi dei fattori di vulnerabilità
53 DPM per meccanismi di danno Ribaltamento della facciata: analisi dei fattori di vulnerabilità
54 DPM per meccanismi di danno Ribaltamento della facciata: analisi dei fattori di vulnerabilità t 0.05,3,76 = 1.665
55 DPM per meccanismi di danno Ribaltamento della facciata: analisi dei fattori di vulnerabilità 5 4 R 2 corr = Danno osservato Danno atteso t 0.05,3,76 = 1.665
56 DPM per meccanismi di danno Risposta trasversale dell aula
57 DPM per meccanismi di danno Risposta trasversale dell aula I = V n = 10 I = VI n = % 60% 80% 60% 40% 20% 50% 40% 30% 20% 10% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 I = VII n = 23 I = VIII n = 6 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 d0 d1 d2 d3 d4 d5
58 DPM per meccanismi di danno Risposta trasversale dell aula I = V n = 10 I = VI n = % 60% 80% 60% 40% 20% 50% 40% 30% 20% 10% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 I = VII n = 23 I = VIII n = 6 Danno y = x R 2 = ; n = 71 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d Intensità MCS
59 DPM per meccanismi di danno Risposta trasversale dell aula I = V n = 10 I = VI n = % 60% 80% 60% 40% 20% 50% 40% 30% 20% 10% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 I = VII n = 23 I = VIII n = 6 Danno y = x R 2 = ; n = 71 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d Intensità MCS
60 DPM per meccanismi di danno Risposta trasversale dell aula: analisi dei fattori di vulnerabilità 5 R 2 corr = Danno osservato Danno atteso
61 DPM per meccanismi di danno Torre campanaria
62 DPM per meccanismi di danno Torre campanaria I = V n = 9 I = VI n = 23 50% 50% 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 d0 d1 d2 d3 d4 d5 I = VII n = 19 I = VIII n = 4 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5
63 DPM per meccanismi di danno Torre campanaria I = V n = 9 I = VI n = 23 50% 50% 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 d0 d1 d2 d3 d4 d5 I = VII n = 19 I = VIII n = 4 Danno y = x R 2 = ; n = 55 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d Intensità MCS
64 DPM per meccanismi di danno Torre campanaria I = V n = 9 I = VI n = 23 50% 50% 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 d0 d1 d2 d3 d4 d5 I = VII n = 19 I = VIII n = 4 Danno y = x R 2 = ; n = 55 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d5 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% d0 d1 d2 d3 d4 d Intensità MCS
65 DPM per meccanismi di danno Torre campanaria: analisi dei fattori di vulnerabilità 5 R 2 corr = Danno osservato Danno atteso
66 Correlazioni tra i meccanismi di danno
67 Correlazioni tra i meccanismi di danno
68 Correlazioni tra i meccanismi di danno
69 Conclusioni
70 Conclusioni Le DPM ricavate dall analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala.
71 Conclusioni Le DPM ricavate dall analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala. Con opportuni modificatori, esse permettono di tenere in conto caratteristiche costruttive regionali, locali, o relative all epoca di costruzione differenti da quelle delle tipologie per le quali sono state originariamente ricavate.
72 Conclusioni Le DPM ricavate dall analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala. Con opportuni modificatori, esse permettono di tenere in conto caratteristiche costruttive regionali, locali, o relative all epoca di costruzione differenti da quelle delle tipologie per le quali sono state originariamente ricavate. Le DPM per meccanismi di danno rappresentano un interessante evoluzione delle DPM per edifici. Attraverso la messa in conto dei fattori di vulnerabilità dei macroelementi, esse permettono di ridurre significativamente la dispersione statistica.
73 Conclusioni Le DPM ricavate dall analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala. Con opportuni modificatori, esse permettono di tenere in conto caratteristiche costruttive regionali, locali, o relative all epoca di costruzione differenti da quelle delle tipologie per le quali sono state originariamente ricavate. Le DPM per meccanismi di danno rappresentano un interessante evoluzione delle DPM per edifici. Attraverso la messa in conto dei fattori di vulnerabilità dei macroelementi, esse permettono di ridurre significativamente la dispersione statistica. I meccanismi di danno per i diversi macroelementi sono statisticamente indipendenti, con alcune eccezioni che appaiono legate a effetti direzionali.
74 Conclusioni Le DPM ricavate dall analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala. Con opportuni modificatori, esse permettono di tenere in conto caratteristiche costruttive regionali, locali, o relative all epoca di costruzione differenti da quelle delle tipologie per le quali sono state originariamente ricavate. Le DPM per meccanismi di danno rappresentano un interessante evoluzione delle DPM per edifici. Attraverso la messa in conto dei fattori di vulnerabilità dei macroelementi, esse permettono di ridurre significativamente la dispersione statistica. I meccanismi di danno per i diversi macroelementi sono statisticamente indipendenti, con alcune eccezioni che appaiono legate a effetti direzionali. Le DPM per meccanismi permettono inoltre una più semplice taratura dei modelli meccanici, rispetto alle DPM per edifici.
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