RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI INGEGNERIA SISMICA. Workshop Finale Progetto ReLUIS - DPC Napoli, 8-9 Ottobre 2013

Transcript

1 Workshop Finale Progetto ReLUIS - DPC Napoli, 8-9 Ottobre 2013 Nuovo Progetto Esecutivo Reluis-DPC AT1-Strumenti per la valutazione e la gestione del rischio del patrimonio costruito LINEA 1.1 Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture esistenti e degli interventi di adeguamento e valutazione del rischio TASK STRATEGIE DI RIDUZIONE DEL RISCHIO A MEDIO TERMINE SU SCALA REGIONALE Coordinatore: prof. Giulio ZUCCARO UNITA PARTECIPANTI: - UNINA DIST (Coordinatore prof. G. MANFREDI) - UNIPV (Coordinatore dr. R. PINHO) - UNINA PLINIVS (Coordinatore prof. G. ZUCCARO) - INGV-BO (Coordinatore dr. W. MARZOCCHI)

2 OBIETTIVI COMPLESSIVI DELLA LINE DI RICERCA 1. Sviluppo di uno strumento di valutazione del rischio a larga scala (RISK RATING). 2. CONFRONTO tra le funzioni di vulnerabilità ottenute attraverso METODI MECCANICI e METODI OSSERVAZIONALI per assegnate tipologie edilizie. 3. Studio della utilità e della compatibilità delle BANCHE DATI (i.e. Censimento ISTAT) in materia di valutazione di rischio a diverse scale territoriali e proposta di una PROCEDURA per le ASSEGNAZIONI DELLE TIPOLOGIE EDILIZIE all'interno di una griglia spaziale. 4. Miglioramento dei modelli di previsione della PERICOLOSITÀ TIME DEPENDANT. 5. Sviluppo di funzioni di VULNERABILITÀ TIME DEPENDANT. 6. Definizione di un percorso logico semplificato utile alla SCELTA tra soluzioni alternative di RETROFIT e relativa ANALISI COSTI-BENEFICI. 7. Sviluppo di uno strumento quantitativo per una stima razionale delle strategie di mitigazione alternative.

3 UNINA - DIST (Manfredi- Iervolino) ATTIVITÀ 1: STUDI PER LA CARATTERIZZAZIONE DELLA PERICOLOSITÀ TEMPO-VARIANTE Scelta una misura di intensità sismica al suolo, la pericolosità è espressa in termini di probabilità di superamento di una soglia in funzione del tempo trascorso dall ultimo terremoto. CASO STUDIO: PAGANICA Pericolosità legata all occorrenza dei mainshocks * { = } ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ) 0 ( ) P IM > im N t = 0 = P N t = N t 0 P IM > im m,r f m dm = 0 0 MN t0 = 0 Nt 1 m Pericolosità in termini di tasso di superamento legata all occorrenza degli aftershocks m m µ ( y, t, T; mm) = µ *( t, T; mm) P( Y > y m, r) frm ( r m) fm( m; mm) drdm[ 0,1] Rm l m yt (

4 UNINA - DIST (Manfredi- Verderame) ATTIVITÀ 2: PROCEDURA SEMPLIFICATA PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISMICA DI EDIFICI TAMPONATI (metodo POST, PushOver on Shear-Type models): APPLICAZIONE A SCALA TERRITORIALE E CONFRONTI CON METODOLOGIE ALTERNATIVE. POST (PushOver on Shear-Type models): metodo basato su una procedura di progettazione simulata per definire le caratteristiche strutturali dell edificio in c.a. a partire da dati poveri e sulla costruzione di un modello strutturale semplificato (Shear-Type) che include la presenza delle tamponature che consente la valutazione della capacità sismica in ambito statico non-lineare Definizione degli spostamenti di Danno conformemente alla scala EMS- 98 Modellazione semplificata degli effetti di interazione con gli elementi di tamponatura e delle conseguenti crisi fragili (nodi trave-colonna) DS1 DS2 DS3 DS4 DS5 1 Grade 1: Negligible to slight damage (no structural damage, slight nonstructural damage) Fine cracks in plaster over frame members or in walls at the base. Fine cracks in partitions and infills. min Grade 2: Moderate damage (slight structural damage, moderate nonstructural damage) Cracks in columns and beams of frames and in structural walls. Cracks in partition and infill walls; fall of brittle cladding and plaster. Falling mortar from the joints of wall panels. Grade 3: Substantial to heavy damage (moderate structural damage, heavy nonstructural damage) Cracks in columns and beam column joints of frames at the base and at joints of coupled walls. Spalling of concrete cover, buckling of reinforced rods. Large cracks in partition and infill walls, failure of individual infill panels. inf RC inf RC ( cr ; cr ) min( max ; y ) min( RC ; RC ) inf ult ; spalling bukling Grade 4: Very heavy damage (heavy structural damage, very heavy non-structural damage) Large cracks in structural elements with compression failure of concrete and fracture of rebars; bond failure of beam reinforced bars; tilting of columns. Collapse of a few columns or of a single upper floor. RC ult Grade 5: Destruction (very heavy structural damage) Collapse of ground floor or parts (e. g. wings) of buildings. RC pc P[d>D PGA] DS1 without joint failure DS2 without joint failure DS3 without joint failure DS4 without joint failure DS5 without joint failure DS1 with joint failure DS2 with joint failure DS3 with joint failure DS4 with joint failure DS5 with joint failure PGA [g]

5 UNINA - DIST (Manfredi- Verderame) ATTIVITÀ 2: PROCEDURA SEMPLIFICATA PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISMICA DI EDIFICI TAMPONATI (metodo POST, PushOver on Shear-Type models): APPLICAZIONE A SCALA TERRITORIALE E CONFRONTI CON METODOLOGIE ALTERNATIVE. Applicazioni del metodo POST: Procedura multilivello di valutazione della vulnerabilità sismica a scala urbana nel Comune di Avellino, grazie a tre database caratterizzati da differenti livelli di dettaglio (rilievo In-Situ; tecniche di Remote Sensing - LIDAR; dati ISTAT) Validazione e calibrazione della procedura attraverso un confronto numerico-osservazionale con curve di fragilità empiriche (Rossetto e Elnashai, 2003) Ligth Damage State 8 Moderate Damage State 0.8 P[d>D S d (T elastic )] DS1 DS2 DS3 DS4 Slight Light Moderate Extensive Heigth [m] Heigth [m] Interstorey Drift Ratio [%] Interstorey Drift Ratio [%] S d (T elastic ) [m]

6 UNINA - DIST (Manfredi- Verderame) ATTIVITÀ 2: PROCEDURA SEMPLIFICATA PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISMICA DI EDIFICI TAMPONATI (metodo POST, PushOver on Shear-Type models): APPLICAZIONE A SCALA TERRITORIALE E CONFRONTI CON METODOLOGIE ALTERNATIVE. Procedura FAST : validazione attraverso il caso di Pettino L Aquila Level Extension Vertical Structures Horizontal Structures Stairs Roof URM Infill Walls DAMAGE Very heavy Medium or heavy Slight D0 Null Interpretazione meccanica del danno rilevato dalle schede Aedes relative all evento dell Aquila Ottimizzazione delle variabili impiegate nel metodo FAST attraverso calibrazione sui dati di PETTINO (L Aquila), minimizzando lo scarto tra il dato osservazionale e i risultati analitici (RMSD) Pre-existing damage EMS98 (Grunthal, 1998) Fine cracks in partitions and infills IDR DS1 (Colangelo, 2003; Circolare 617, 2009, Fardis, 1997) Cracks in partition and infill walls, fall of brittle cladding and plaster IDR DS2 (Colangelo, 2003; Dolsek and Fajfar, 2008) Large cracks in partition and infill walls, failure of individual panels IDR DS3 (Colangelo, 2003; Dolsek and Fajfar, 2008) DS ruled by structural damage in RC, not considered at this stage DS ruled by structural damage in RC, not considered at this stage OBSERVED OBSERVED FAST (analitico) FAST (analitico) τ cr =0.4MPa, IDR DS1 =0.03%, IDR DS 2=0.4%, IDR DS3 =0.8%, β=0.1, γ=0.4.

7 UNINA - DIST (Manfredi - Polese) ATTIVITÀ 3: VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ TEMPO-VARIANTE PER CLASSI DI EDIFICI IN C.A. Estensione del metodo proposto nei primi due anni di attività al fine di poter valutare la vulnerabilità damagedependent ad intere classi di edifici in funzione del possibile MECCANISMI DI COLLASSO Confronto risultati di analisi per meccanismi con risultati di analisi pushover per la valutazione della capacità residua REC 0,45 0,40 0,35 0,30 RECSa_D2 RECSa-appr_D2 (c) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 MAX MAY MOX MOY

8 UNINA - DIST (Manfredi- Iervolino) ATTIVITÀ 4: RISCHIO SISMICO TEMPO- DIPENDENTE E BUILDING TAGGING Elaborazione di un modello affidabilistico per la valutazione tempo-dipendente del rischio sismico di sistemi non evolutivi elasto- perfattamente- plastici soggetti a sequenze di aftershock. Approssimando la distribuzione marginale del danneggiamento strutturale in ogni scossa sismica con una funzione Gamma, lo strumento può essere utilizzato per applicazioni preliminari di building tagging durante la sequenza sismica considerata ed in relazione a soglie di rischio accettato.

9

10 D4,d5 : lost RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI UNINA PLINIVS (Zuccaro) C 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 DPM coefficients Binomial Coefficients A - - A - A B C D d0 d1 d2 d3 d4 d5 d0, d1 : DPM dam = same class d2 : DPM dam = class -1 d3 : DPM dam = class -2

11 UNINA PLINIVS (Zuccaro) ATTIVITÀ : MODELLO TIME DEPENDANT DELLA VULNERABILITÀ A SCALA REGIONALE 1 EQ A B C D D0 D0 D0 D0 DPM A D0 D1 D2 B D0 D1 D2 C D0 D1 D D0 D1 D3 D3 D2 D2 D4 D4 D5 D5 D3 D4 D5 D3 D4 DAMAGE SCALE D0 = No Damage D1 = Light (no Struct. Dam.) D2 = Moderate (light Struct. Dam.) D3 = Heavy D4 = Partial Collapse D5 = Total Collapse 2 EQ A B C D DPM D0 D1 D2 D3 D0 D1 D2 D0 D1 D2 D0 D1 DPM after damage D4 D5 D3 D4 D5 D3 D4 D2 D3 D5 D4 D5 LOST D4 D4 D5 D5 D4 D5 D4 n EQ DPM DPM after damage LOST

12 UNINA PLINIVS (Zuccaro) ATTIVITÀ : MODELLO TIME DEPENDANT DELLA VULNERABILITÀ A SCALA REGIONALE Hazard : Probabilità di avere in una cella J al tempo ti un evento di assegnata intensità o scelto in maniera random all interno di un certo range di valori Hazard Input t0: Vettore di hazard (to, EQj)0 ti=ti+ t (i=1,2.e) Inventario (Esposizione): Distribuzione delle classi di vulnerabilità degli edifici per ciascuna cella J Hazard Input ti: hazard vector (ti, EQj)i Vulnerabilità: Probablità di raggiungere nella cella J un certo LIVELLO DI DANNO per un evento di data intensità Aggiornamento dell inventario La procedura può essere iterata in maniera random allo scopo di massimizzare i risultati o trovare lo scenario più probabile (Metodo MonteCarlo) Impatto finale: Distribuzione del danno finale nella cella J al tempo te if ti = te Danno al tempo ti: Distribuzione del danno nella cella J al tempo ti If ti te

13 UNINA PLINIVS (Zuccaro) ATTIVITÀ : MODELLO TIME DEPENDANT DELLA VULNERABILITÀ EQ1: M=4 EQ2: M=4.5 EQ3: M=5 CAMPI FLEGREI SEQUENZA SISMICA COSTITUITA DA 3 EVENTI DI MAGNITUDO : 4, 4.5, 5 EDIFICI COLLASSATI PER CELLA

14 INGV BO (Marzocchi) ATTIVITÀ 2: SVILUPPO DI STRATEGIE DI DECISION- MAKING PER LA RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO BASATE SULL'ANALISI COSTI- BENEFICI. Obiettivo: FORMALIZZAZIONE DI UNA STRATEGIA DI ANALISI COSTI/BENEFICI PER LA PRIORITIZZAZIONE DEL RETROFIT Alternativa di Mitigazione A1 Alternativa di Mitigazione A2 Alternativa di Mitigazione An ANALISI COSTI/BENE FICI Alternativa di Mitigazione più vantaggiosa Aopt Costi: spese di retrofit Benefici: differenza delle perdite (umane e monetarie) attese con e senza l intervento di retrofit

15 INGV BO (Marzocchi) ATTIVITÀ 2: SVILUPPO DI STRATEGIE DI DECISION- MAKING PER LA RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO BASATE SULL'ANALISI COSTI- BENEFICI. Formalizzazione del problema Alternative di retrofit (diversi gradi di intervento) STATUS QUO (A 0 ) : nessun retrofit Alternativa 1 (A 1 ) Alternativa 2 (A 2 )... Alternativa N (A N ) Tipologia di costruzioni B 1 B 2 B 3 Orizzonte temporale T Località interessate L 1 L 2. Costi Benefici per la località L j Tipologia edificio A 0 Status quo A 1 A N Tipologia edificio A 0 Status quo A 1 A N B 1 0 C(A 1,B i ) C(A N,B i ) B M 0 C(A N,B M) C(A N,B M ) B 1 0 BN(A 1,B i,l j ) BN(A N,B i,l j ) B M 0 BN(A N,B M,L j ) BN(A N,B M,L j )

16 INGV BO (Marzocchi) ATTIVITÀ 2: SVILUPPO DI STRATEGIE DI DECISION- MAKING PER LA RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO BASATE SULL'ANALISI COSTI- BENEFICI. Ottimizzazione: scelta della combinazione di interventi di mitigazione ottimale Problema: selezione della combinazione di alternative (A i,b k,l j ) più vantaggiose con un budget allocato I Criterio di scelta: massimizzazione dei benefici Strategia sviluppata selezione delle strategie di mitigazione (A i,b k,l j ) per le quali a) i costi sono inferiori al budget b) i benefici superano i costi selezione della combinazione di alternative per le quali a) la somma dei costi non supera il budget I b) la somma dei benefici è massima Problema noto in matematica combinatoria come knapsack problem

17 SVILUPPI FUTURI RISCHIO = PERICOLOSITA x ESPOSIZIONE x VULNERABILITA Pericolosità: irrobustire i modelli time- dependant. Esposizione: irrobustire le valutazioni di inventario a scala locale attraverso nuove raccolte dati e ulteriori calibrazioni dei dati ISTAT allo scopo di produrre una banca dati condivisa a livello nazionale. Vulnerabilità: irrobustire i modelli time- dependant e sviluppare ulteriori confronti tra i metodi meccanici e quelli osservazionali, esplicitando la dipendenza della vulnerabilità dai FATTORI DI VULNERABILITÀ (nodi, tamponature, catene, ecc.). Modelli di combinazione della pericolosità e della vulnerabilità tempo- dipendente per stima del RISCHIO a BREVE, MEDIO e LUNGO TERMINE. Messa a punto di procedure automatiche per la valutazione degli scenari sismici a scala locale.

18 ELENCO DELLE PUBBLICAZIONI Del Gaudio C., Ricci P., Verderame G.M., Manfredi G. (2013). A simplified method for seismic vulnerability assessment of RC buildings: methodology and application at urban scale. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. (under review). Ebrahimian H., F. Jalayer, D. Asprone, A. M. Lombardi, W. Marzocchi, A. Prota, G. Manfredi (2013). Adaptive daily forecasting of seismic aftershock hazard. Submitted to Bulletin of Seismological Society of America Iervolino, I., Chioccarelli, E., Giorgio, M. (2013). Gamma modelling of continuous deterioration and cumulative damage in life-cycle analysis of earthquake-resistant structures, Proceedings of 11 th International Conference on Structural Safety and Reliability, ICOSSAR Iervolino, I., Giorgio, M., Chioccarelli, E. (2012). Un modello tempo-dipendente per l affidabilità strutturale in caso di danno sismico cumulato, Proceedings of V Convegno su Crolli, Affidabilità Strutturale e Consolidamento, IF CRASC 13. Iervolino, I., Giorgio, M., Chioccarelli, E. (2013). Closed-form aftershock reliability of damage-cumulating elastic-perfectly plastic systems, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, submitted for publication. Iervolino, I., Giorgio, M., Chioccarelli, E. (2013). Gamma modelling of aftershock reliability of elastic-perfectly-plastic systems, Proceedings of Vienna Congress on Recent Advances in Earthquake Engineering and Structural Dynamics. Lombardi A.M., W. Marzocchi, G. Woo (2013). Optimal allocation of funding for seismic retrofitting measures. Submitted to Earthquake Spectra. Polese M., Prota A., Manfredi G., (2011) Capacità residua in edifici in c.a. danneggiati dal sisma, XIV Convegno Anidis, Bari, settembre Polese M., Di Ludovico M., Prota A., Manfredi G., (2013) Damage-dependent vulnerability curves for existing buildings, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 42 (6), DOI: /eqe.2249 Polese M., Di Ludovico M., Prota A., Manfredi G., (2012) Residual capacity of earthquake damaged buildings, paper # 1005, proceedings of the 15 th World conference on Earthquake Engineering, Lisboa, Portugal, september 2012 Polidoro, I., Iervolino, I., Chioccarelli, E. (2012). Alcuni modelli di pericolosità sismica tempo-dipendenti, Proceedings of V Convegno su Crolli, Affidabilità Strutturale e Consolidamento, IF CRASC 13. Polidoro, I., Iervolino, I., Chioccarelli, E. (2013). Models and issues in history-dependent mainshock hazard, Proceedings of 11 th International Conference on Structural Safety and Reliability, ICOSSAR Petruzzelli F., Iervolino I., (2011) NODE v.1.0 beta: attempting to prioritize large-scale seismic risk of engineering structures on the basis of nominal deficit,proceedings of the XIV Convegno ANIDIS, L ingegneria Sismica in Italia, 18-22/11/11, Bari, Italy. Ricci P., Verderame G.M., Manfredi G., Pollino M., Borfecchia F., De Cecco L., Martini S., Pascale C., Ristoratore E., James V. (2011). Seismic vulnerability assessment using field survey and Remote Sensing techniques. In: B. Murgante, O. Gervasi, A. Iglesias, D. Taniar, B.O. Apduhan (editors). Computational Science and its Applications ICCSA Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN Volume 6783, Part II, pp doi: / _9 Spence R., Foulser-Piggott R., Pomonis A., Crowley H., Guéguen P., Masi A., Chiauzzi L., Zuccaro G., Cacace F., Zulfikar C, Markus M., Schaefer D., Sousa M.L., Kappos A. (2012). The European building stock inventory: creating and validating a uniform database for earthquake risk modelling. In: 15th WCEE. p. 1-10, Lisboa (Portugal), September Verderame G.M., Ricci P., De Luca F., Del Gaudio C., De Risi M.T. (2013). Damage scenarios for RC buildings during the 2012 Emilia (Italy) earthquake. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. (under review). Zuccaro G. and De Gregorio D. (2013). Time and Space dependency in impact damage evaluation of a sub- Plinian eruption at Mount Vesuvius. Natural Hazard. DOI: /s Zuccaro G., Cacace F., De Gregorio D. (2012). Buildings inventory for seismic vulnerability assessment at National and regional scale. In: 15th WCEE. p. 1-10, Lisboa (Portugal), September Paper n Zuccaro G. and Cacace F. (2012). Seismic vulnerability assessment of the masonry buildings based on the probability of occurrence of the main collapse mechanisms. Damage Vulnerability Curves vs. PGA. In: 15th WCEE. p. 1-10, Lisboa (Portugal), September 2012.