Premessa. Dati di Scenario. Scenario di Danno dell Edilizia Residenziale

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1 Premessa Eucentre nell ambito di una convenzione con il Dipartimento della Protezione Civile della Presidenza del Consiglio dei Ministri (DPC d ora innanzi) ha sviluppato dei sistemi WebGIS per lo studio del rischio sismico di varie strutture ed infrastrutture. Sono oggetto di questo capitolo i sistemi WebGIS per la valutazione del rischio sismico dell edilizia residenziale, dell edilizia scolastica e del sistema viabilistico. Tali sistemi consentono di visualizzare i dati sulla vulnerabilità, sulla pericolosità, sugli effetti locali di amplificazione, noti a livello nazionale. Tali dati vengono utilizzati per la definizione di mappe di rischio sismico relative agli eventi di scenario di riferimento nella normativa nazionale (Decreto Ministeriale 14 gennaio 2008, NTC08 nel seguito) e a predefinite finestre temporali di osservazione. Tali mappe vengono utilizzate per identificare le strutture più a rischio e sulle quali, quindi, intervenire per prime con interventi di mitigazione del rischio, nell ottica di razionalizzare le risorse disponibili. Tramite i sistemi WebGis sviluppati è inoltre possibile valutare scenari di danno in tempo reale. Avendo a disposizione un database con dati di vulnerabilità ed esposizione delle strutture, si immettono i parametri del terremoto, pubblicati da istituti nazionali ed internazionali immediatamente dopo l evento, e si valutano gli scuotimenti mediante leggi di attenuazione. Pertanto, confrontando la capacità delle strutture con la domanda loro imposta dall evento, si calcola la mappa di scenario che esprime la probabilità per una struttura di raggiungere o eccedere un determinato stato limite di danno. Gli stati limite di danno di riferimento per le valutazioni qui condotte sono: lo stato limite di danno lieve, lo stato limite di danno severo e lo stato limite di collasso. Nel caso del sistema viabilistico, per il quale, allo stato attuale di sviluppo, sono stati presi in considerazione solo i ponti, sono stati considerati solo lo stato limite di danno e di collasso, in quanto si è giudicato poco affidabile da identificare nella modellazione uno stato limite di danno intermedio. Nei paragrafi che seguono si documentano i risultati ottenuti per gli scenari di danno calcolati nell immediato post terremoto in relazione alla scossa principale che ha colpito l Emilia Romagna con epicentro a 20 km nord ovest di Bologna domenica 20 aprile alle Dati di Scenario L epicentro della scossa principale che si è verificata domenica 20 maggio alle 4.02 è stato localizzato alla latitudine e longitudine La profondità focale è 6.3 km. La magnitudo momento è di 5.9 ed il tipo di movimento è di faglia inversa. Per la valutazione dello scenario di scuotimento è stata utilizzata la legge di attenuazione Akkar-Bommer (2010) recentemente pubblicata in letteratura e che si dimostra essere rappresentativa degli spettri ottenuti da registrazioni di terremoti italiani. Scenario di Danno dell Edilizia Residenziale Il WebGis in oggetto ha come unità di definizione gli edifici a destinazione d uso residenziale. All interno di questo WebGis su una mappa dell Italia è possibile visualizzare i confini dei comuni, delle province e delle regioni ed è possibile creare layer geografici relativi ai risultati di una selezionata analisi di rischio. Per aggiungere un layer è necessario indicare il tipo di analisi di interesse, cioè se si tratta di rischio condizionato o incondizionato. Nel caso di rischio incondizionato, si deve indicare la finestra temporale di interesse (1, 10 o 50 anni) mentre nel caso di rischio condizionato si deve specificare il tempo di ritorno

2 dello scuotimento e il percentile dello spettro (50, 84 e 16 percentile, rispettivamente). Inoltre, bisogna specificare la tipologia strutturale e l esposizione, cioè se si vogliono i risultati in termini di percentuale di edifici, di numero di edifici o di popolazione. Infine, si deve indicare il livello di danno (danno lieve, danno severo o collasso) e il tipo di terreno che si vuole considerare nelle analisi, cioè se suolo, includendo gli effetti di amplificazione per come noti allo stato attuale di sviluppo, o roccia. Selezionando un comune, si possono poi visualizzare diverse tabelle che riportano informazioni specifiche per il comune indicato, quali i dati di esposizione derivanti dal censimento ISTAT, i dati relativi all input sismico utilizzato nelle analisi, il grafico dello spettro elastico corrispondente al 50-esimo percentile e i risultati delle analisi di rischio. La metodologia sviluppata prevede anche la definizione di scenari di danno in tempo reale. Questa funzionalità è quella che è stata utilizzata nell immediato post terremoto in relazione alla scossa principale che ha colpito l Emilia Romagna alle 4.02 di domenica 20 aprile. È richiesta la magnitudo del terremoto, la profondità dell ipocentro, le coordinate dell epicentro. Inoltre, bisogna selezionare la legge di attenuazione (Cauzzi e Faccioli, 2008; Boore e Atkinson, 2008; Akkar e Bommer, 2010), il tipo di faglia (se sconosciuta, trascorrente, normale o inversa), il tipo di suolo, il raggio d azione, l esposizione (numero di edifici, percentuale di edifici o popolazione) e la tipologia strutturale che si vuole indagare (cemento armato, muratura, tutte le tipologie). Figura 1. WebGis relativo all edilizia residenziale. Nell analisi post evento svolta, gli edifici residenziali presi in considerazione sono quelli definiti sulla base del censimento ISTAT In particolare, le tipologie strutturali utilizzate nei calcoli sono il cemento armato con tamponature regolari lungo l altezza, il cemento armato con tamponature irregolari (pilotis) e la muratura. Le analisi sono state svolte all interno di un raggio di 30 km dall epicentro. In quest area i comuni interessarti sono risultati essere 70, per un totale di circa edifici appartenenti alle suddette tipologie strutturali. Per decidere quale equazione di attenuazione utilizzare fra quelle disponibili è stato fatto un confronto tra lo scuotimento ottenuto dalle stesse e le shakemaps prodotte dall INGV per l evento principale

3 ( Le shakemap vengono prodotte in tempo reale per la PGA e per le ordinate spettrali a 0.3s, 1s e 3s. Nelle figure sottostanti è mostrato il confronto tra lo scuotimento calcolato per le stesse ordinate spettrali delle shakemaps per due delle leggi considerate, la Cauzzi Faccioli (CF) e la Akkar e Bommer (AB), a distanza epicentrale pari a 0 e a 20 Km. I parametri utilizzati sono Mw 5.9, profondità 6.3 Km e meccanismo di faglia inversa (solo per la AB) SA (g) CF AB Shakemap T(s) Pga T 0.3s T 1s T 3s Shake map INGV CF - roccia AB roccia Figura 2. Confronto fra equazioni di attenuazione su suolo A e shakemap aggiornate al 22 Maggio. Intensità in g, distanza epicentrale = SA (g) CF AB Shakemap T(s) Pga T 0.3s T 1s T 3s Shake map INGV CF - roccia AB roccia Figura 3. Confronti fra equazioni di attenuazione su suolo A e shakemap aggiornate al 22 Maggio. Intensità in g, distanza epicentrale = 20.

4 SA (g) T(s) CF AB Shakemap Pga (g) T 0.3s T 1s T 3s Shake map INGV CF suolo AB suolo Figura 4. Confronti fra equazioni di attenuazione su suolo C e shakemap aggiornate al 22 Maggio. Intensità in g, distanza epicentrale = SA (g) CF AB Shakemap T(s) Pga T 0.3s T 1s T 3s Shake map INGV CF suolo AB suolo Figura 5. Confronti fra equazioni di attenuazione su suolo C e shakemap aggiornate al 22 Maggio. Intensità in g, distanza epicentrale = 20 Km La relazione che sembra riprodurre meglio lo scuotimento registrato, nell intervallo di frequenze di interesse per le strutture considerate, è la Akkar e Bommer su suolo A. Per lunghi periodi di vibrazione sembrano invece essere più in accordo coi dati entrambe le relazioni per suolo C. Questo dato potrebbe

5 indicare un amplificazione ai lunghi periodi di vibrazione, che si accorderebbe bene con il potente spessore dei depositi presenti nella pianura padana. Nella seguente figura sono riportate le percentuali di edifici, per ogni comune, che raggiungono o superano lo stato limite di collasso, utilizzando la legge di attenuazione di Akkar-Bommer (2010). Figura 6. Percentuale di edifici che raggiungono o superano lo stato limite di collasso, utilizzando la legge di attenuazione di Akkar-Bommer (2010). Scenario di Danno dell Edilizia Scolastica Il secondo WebGis sviluppato ha come unità di definizione gli edifici scolastici e permette di visualizzare la localizzazione degli edifici, aggiungere layer relativi ad analisi di rischio e visualizzare, in tabelle, dati di input e di output. In particolare, si possono visualizzare le informazioni utilizzate per il calcolo della capacità dell edificio selezionato, cioè il numero di piani, la tipologia strutturale e la zona sismica del comune nell anno di progettazione della struttura e numerosi altri dati relativi all edificio raccolti con il questionario dell Anagrafe dell Edilizia Scolastica. Questo questionario, fornito dal Ministero dell Istruzione Università Ricerca (MIUR), è stato compilato dal 70% circa delle scuole italiane (scuola primaria e secondaria). Oltre alle analisi di rischio per determinate finestre temporali e periodi di ritorno prefissati, anche per gli edifici scolastici è possibile, all interno del sistema WebGis sviluppato, svolgere valutazioni in tempo reale degli scenari di danno.

6 Figura 7. WebGis relativo all edilizia scolastica. Nella seguente figura sono riportati gli edifici scolastici che ricadono in un raggio di 30 km dall epicentro. Figura 8. Localizzazione degli edifici scolastici nell intorno di 30 km dall epicentro. Pga prodotta coi dati delle shakemap dell INGV ((

7 Scenario di Danno dei Ponti È stato sviluppato anche un sistema WebGis che ha come oggetto di definizione del rischio i ponti. Questo sistema si distingue dai precedenti illustrati in quanto, oltre a permettere la visualizzazione dei dati di input, relativi ai ponti e alla pericolosità sismica, e i dati di output, relativi alle analisi di rischio svolte, include anche la funzionalità di network. Infatti il sistema WebGis, sfruttando i layer relativi ai tracciati delle strade (autostrade, strade principali e strade minori) contenuti al suo interno, è in grado di calcolare il percorso più veloce per congiungere due punti, anche nel caso in cui siano presenti interruzioni stradali causate da frane o ponti inagibili. Infine, anche all interno di questo WebGis è possibile svolgere valutazioni in tempo reale degli scenari di danno. Quest ultima funzionalità è stata utilizzata per valutare gli scenari di danno qui illustrati. Il WebGis include una procedura per la definizione di curve di fragilità sviluppata ad hoc per i ponti. Per poter applicare tale procedura è però necessario avere a disposizione numerose informazioni relative alle caratteristiche strutturali e geometriche dell opera in esame. Allo stato attuale questi dati sono noti solo per 389 ponti della rete ANAS e 8 ponti della Provincia Autonoma di Trento. Per i rimanenti ponti processati, di cui è nota solo la localizzazione, è stato necessario calcolare curve di fragilità medie a partire da quelle calcolate per i ponti di cui sono state svolte le analisi di dettaglio. All interno dell area considerata per la valutazione post evento, cioè l area compresa in un raggio di 30 km dall epicentro, sono presenti 3 ponti per i quali non sono note informazioni di dettaglio, ma che possiedono una tipologia strutturale rappresentata dai ponti presenti nel database di cui Eucentre dispone, che sono noti nel dettaglio e per i quali sono state fatte analisi accurate. A tali opere è stata associata la curva di fragilità media ottenuta dalle curve effettivamente calcolate. Figura 9. WebGis relativo ai ponti. Nella seguente figura sono riportate le curve di fragilità medie che possono essere utilizzate per la valutazione della vulnerabilità dei ponti citati e, quindi, dello scenario di danno atteso a seguito di uno scuotimento.

8 100% 90% 80% 70% Probabilità 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% a g (m/s 2 ) Stato limite di Danno Stato Limite di Collasso Figura 10. Curve di fragilità medie dei ponti.