Task Strategie di riduzione del rischio a medio termine su scala regionale

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1 RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI INGEGNERIA SISMICA 2 Workshop di Coordinamento Progetto ReLUIS-DPC Bologna, Setembre 2012 Linea 1.1. Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture esistenti e degli interventi di adeguamento e valutazione del rischio Area Tematica AT-1 Strumenti per la valutazione e la gestione del rischio del patrimonio costruito Task Strategie di riduzione del rischio a medio termine su scala regionale Task Coordinator prof. Giulio ZUCCARO Federico II Dipartimento di Ingegneria Strutturale () Centro Studi

2 CONTENUTI DELLA LINEA Decreto Legge 28/4/09, n. 39 Legge n. 77 del 24/6/09 Articolo 11: Interventi per la prevenzione del rischio sismico Nello stato di previsione del Ministero dell'economia e delle finanze è istituito un Fondo per la PREVENZIONE DEL RISCHIO SISMICO. A tal fine è autorizzata la spesa di euro 42,504 (44 inizialmente) milioni per p l'anno 2010, di euro 145,1 milioni per l'anno 2011, di euro 195,6 milioni per ciascuno degli anni 2012, 2013 e 2014,, di euro 145,1 milioni per l'anno 2015 e di euro 44 milioni per l'anno Totale 963,504 M. M OPCM 3843 del 19 gennaio Art. 13 Nomina di una Commissione per definire gli obiettivi ed i criteri per l'individuazione degli interventi per la prevenzione del rischio sismico (Decreto del Capo Dipart. 28/1/2010). Prof. Mauro DOLCE DPC Presidente Prof. Franco BARBERI CGR Prof. Enzo BOSCHI INGV Prof. Gian Michele CALVI EUCENTRE Prof. Edoardo COSENZA ReLUIS Ing. Giacomo DI PASQUALE DPC Prof. Paolo GASPARINI AMRA Prof. Gaetano MANFREDI - ReLUIS Dott. Warner MARZOCCHI INGV Prof. Giulio ZUCCARO 1/16

3 CONTENUTI DELLA LINEA Valutazione STAZIONARIA del rischio sismico. Valutazione TIME DEPENDANT del rischio sismico. Sviluppo di procedure utili alla SCELTA DI INTERVENTI DI RAFFORZAMENTO e MIGLIORAMENTO SISMICO e ANALISI COST- BENEFIT. 2/16

4 PARTECIPANTI UNINA - (Manfredi) Dipartimento di Ingegneria Strutturale (coordinatore:( prof. G. Manfredi) UNINA (Zuccaro) Centro Studi (coordinatore( coordinatore: : prof. G. Zuccaro) UNIPV (Pinho) Università degli Studi di Pavia (coordinatore( coordinatore: : dr. R. Pinho) INGV BO (Marzocchi) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Sezione di Bologna (coordinatore: dr. W. Marzocchi) 3/16

5 PRINCIPALI OBIETTIVI 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. ie. 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 d strategie di mitigazione alternative. 8. APPLICAZIONE PILOTA delle procedure a scala comprensoriale (L Aquila?). 4/16

6 PRINCIPALI ATTIVITA E RISULTATI UNINA - (Manfredi) Dipartimento di Ingegneria Strutturale (coordinatore:( prof. G. Manfredi) UNINA-1. Studi per la caratterizzazione della pericolosità tempo dipendente (Iervolino). UNINA-2. Procedura semplificata per la valutazione della vulnerabilità sismica di edifici tamponati: applicazione a scala territoriale e confronti con metodologie alternative (Verderame( Verderame). UNINA-3. Valutazione della vulnerabilità tempo-variante per classi di edifici in c.a (Polese). UNINA-4. Sviluppo di metodi per analisi di rischio speditive a larga scala a (Iervolino( Iervolino). UNINA-5. Metodologie multicriteria per la scelta di strategie di mitigazione (Polese( Polese). 5/16

7 6/16 UNINA - (Manfredi) Dipartimento di Ingegneria Strutturale (coordinatore:( prof. G. Manfredi) UNINA-1. Studi per la caratterizzazione della pericolosità tempo dipendente. Faglia di riferimento: PAGANICA Probabilità di osservare un evento durante la vita di riferimento della struttura (Vr) considerando il tempo trascorso dall ultimo evento FT ( t0 + VR) FT ( t0) P( N 1 VR, t0, M k ) = 1 FT ( t0 ) Probabilità di superamento dell accelerazione al suolo nella vita Mw = 6.3 ν(6.3) = α = 0.43 distanza Rjb di 5 Km Pericolosità Mainshocks al variare del tempo trascorso dall ultimo evento, t 0. PGA = 0.447g. Pericolosità Aftershocks. PGA = 0.447g, Intervallo di osservazione T=1 anno APSHA di riferimento della struttura ( im > im V t M ) P ( s) P ( im < im ) P * R, 0, k =1 * s = 1 T=1 anno Tempo trascorso dal mainshock [giorni] + MODELLO DI POISSON OMOGENEO (PPO). MODELLI DI RINNOVO: Processo di Rinnovo- Gamma (RP); Brownian Passage Time (BPT); Processo di Rinnovo- Gamma inversa (IG). MODELLI SEMI- MARCOVIANI: Slip Predictable Model (SPM); Time Predictable Model (TPM). s

8 UNINA - (Manfredi) Dipartimento di Ingegneria Strutturale (coordinatore:( prof. G. Manfredi) UNINA-1. Studi per la caratterizzazione della pericolosità tempo dipendente. Pericolosità tempo dependente per diversi valori di T0 6/16

9 UNINA - (Manfredi) Dipartimento di Ingegneria Strutturale (coordinatore:( prof. G. Manfredi) UNINA-2. Procedura semplificata per la valutazione della vulnerabilità sismica di edifici tamponati: applicazione a scala territoriale e confronti con metodologie alternative. Il metodo POST (PushOver( on Shear-Type models) ) si basa sulla seguente procedura: 1. progettazione simulata per definire le caratteristiche strutturali dell edificio edificio a partire da dati poveri ; 2. costruzione di un modello strutturale semplificato (Shear( Shear-Type) ) che include la presenza delle tamponature; 3. valutazione in forma chiusa della risposta statica non-lineare; 4. valutazione della capacità sismica mediante il metodo N2. L assunzione di alcune variabili di input come variabili aleatorie consente di ricavare curve di fragilità relative ai livelli di Danno considerati (assunti in accordo con la EMS-98 98) 6/16

10 UNINA - (Manfredi) Dipartimento di Ingegneria Strutturale (coordinatore:( prof. G. Manfredi) UNINA-2. Procedura semplificata per la valutazione della vulnerabilità sismica di edifici tamponati: applicazione a scala territoriale e confronti con metodologie alternative. DEFINIZIONE DEGLI SPOSTAMENTI DI DANNO CONFORMEMENTE ALLA SCALA EMS98 DS1 DS2 DS3 DS4 DS5 CONFRONTO CON CURVE DI FRAGILITÀ DI DERIVAZIONE OSSERVAZIONALE IRPINIA 80 RC Piani Piani 0.6 7/16 (Rossetto and Elnashai, 2003) DS1 0.4 DS1 Giovinazzi DS2 DS2 Giovinazzi DS3 0.2 DS3 Giovinazzi DS4 DS4 Giovinazzi (Lagomarsino and Giovinazzi, 2006) DS1 0.4 DS1 Giovinazzi DS2 DS2 Giovinazzi DS3 0.2 DS3 Giovinazzi DS4 DS4 Giovinazzi

11 UNINA - (Manfredi) Dipartimento di Ingegneria Strutturale (coordinatore:( prof. G. Manfredi) UNINA-3. Valutazione della vulnerabilità tempo-variante per classi di edifici in c.a. Valutazione del comportamento di edifici danneggiati con analisi pushover in cui è operata una opportuna modifica cerniere plastiche per elementi danneggiati V b D1 D2 D3 1 V b M Structura intatta PER OGNI STATO DI DANNO DI θ Sa REC RECk M IN2 IN2k θ Applicazione del Capacity Spectrum Method basato su spettri di domanda anelastica e determinazione di curve di vulnerabilità danno-dipendenti 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Sa(g) RECag,0 RECag,2 RECSa,0 RECSa, ,05 0,1 0,15 Sd(m) 0,2 P(%) 50% 4i CURVE DI VULNERABILITÀ DANNO-DIPENDENTI intact structure Damage 5 8/16 Dk struttura danneggiata droof Sd RECag,k RECag Polese M., Di Ludovico M., Prota A., Manfredi G., (2012) Damage-dependent vulnerability curves for existing buildings, Earthquake Engineering and Structural Dynamics (in press) DOI: /eqe ag

12 9/16 UNINA - (Manfredi) Dipartimento di Ingegneria Strutturale (coordinatore:( prof. G. Manfredi) UNINA-4. Sviluppo di metodi per analisi di rischio speditive a larga scala. a. Proposta di un INDICE DI RISCHIO SISMICO CONVENZIONALE (SRI) e confronto con gli altri indici convenzionali, recentemente proposti in letteratura ed in alcune linee guida internazionali: ( T ) α Se,D 1 SRI = L Sd,C 1 q ( T ) S d,c (T 1 )= valore nominale dell accelerazione spettrale richiesta dalla Normativa Sismica vigente all epoca del progetto S e,d (T 1 )/q = accelerazione spettrale inelastica attualmente richiesta dalla Normativa Sismica; L= termine di esposizione (ad esempio, può essere rappresentato dal numero di occupanti la struttura); α= indice di rischio individuale/sociale che può assumere valori compresi tra 0 ed 1 NZSEE approach [NZSEE, 2003] PGA deficit [Grant et al., 2007] PGA ratio [Grimaz et al, 1996] [Zonno et al., 1999] [Grant et al., 2007] Sa(T) ratio [Crowley et al., 2008] Risk index α Capacità Domanda

13 9/16 UNINA - (Manfredi) Dipartimento di Ingegneria Strutturale (coordinatore:( prof. G. Manfredi) UNINA-4. Sviluppo di metodi per analisi di rischio speditive a larga scala. a. SOFTWARE PER L ANALISI DI PRIORITÀ A LARGA SCALA (NODE V.1.1 BETA) 1.PARAMETRI DI INPUT Localizzazione della struttura e definizione del periodo di ritorno T R 3.PARAMETRI SISMICI Periodo fondament. Classe sottosuolo Fattore di struttura 4.PARAMETRI VENTO Tagliante orizzontale per carichi da vento CNR 1967 DM 03/10/1978 DM 12/02/1982 DM 16/01/1996 DM 14/01/ CLASSIFICAZIONE Normative di classif. sismica dal 1909 ad oggi: RDL n RDL n DM 12/02/1982 DM 14/07/01984 DM 16/01/1996 OPCM OPCM NTC 2008 Domanda sismica inelastica Attuale Capacità sismica da garantirsi all epoca del progetto (Capacità Nominale) 5.VALUTAZIONE DEL DEFICIT NOMINALE Confronto del tagliante sismico con tagliante da vento Valutazione del Seismic Risk Index : deficit di domanda attuale rispetto a quella all epoca di progetto

14 PRINCIPALI ATTIVITA UNINA (Zuccaro) Centro Studi (coordinatore( coordinatore: : prof. G. Zuccaro) Criteri per la discretizzazione del dato ISTAT dal livello Comune/ Sezione Censuaria a quello della cella appartenente alla griglia. Modello time dependant della Vulnerabilità. Approccio logico semplificato per definizione di interventi di rafforzamento e miglioramento sismico. Analisi cost- benefit. 11/16

15 UNINA (Zuccaro) Centro Studi (coordinatore( coordinatore: : prof. G. Zuccaro) -1. Criteri per la discretizzazione del dato ISTAT dal livello Comune/ Sezione Censuaria a quello della cella appartenente alla griglia. I. INDIVIDUAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DESCRITTIVE DELL EDIFICIO E DEL COMUNE DI APPARTENENZA PRESENTI SIA NEI DB DI RILIEVO CHE IN QUELLI ISTAT: NUMERO PIANI, ETÀ,, TIPOLOGIA, CLASSE DEMOGRAFICA, POSIZIONE GEOGRAFICA, ALTIMETRICA ICA ETC. II. III. ANALISI STATISTICA DELLE CORRELAZIONI FRA LE CARATTERISTICHE INDIVIDUATE E LE CLASSI DI VULNERABILITÀ DEGLI EDIFICI RILEVATI. APPLICAZIONE DELLE CORRELAZIONI INDIVIDUATE AI DATI ISTAT E STIMA DELLE RIBUZIONI DI VULNERABILITÀ PER I SINGOLI COMUNI DATI ISTAT DATI RILEVATI SUL CAMPO RIBUZIONI DI VULNERABILITA PER COMUNE O SEZIONE CENSUARIA 12/16 IV. VERIFICA DELLE RIBUZIONI STIMATE NELLE ZONE (SEZIONE CENSUARIA O COMUNE) PER LE QUALI È DISPONIBILE UN DATO RILEVATO CON BUONA PERCENTUALE DI COMPLETEZZA E CALIBRAZIONE DELLA PROCEDURA V. APPLICAZIONE A SCALA TERRITORIALE DELLE PROCEDURE CALIBRATE SUI COMUNI SCELTI E STIMA DELLE RIBUZIONI DI VULNERABILITÀ.

16 a0n+a0p1+sp S1 P1 FV1 a1 G1 W1 T1 ya=va xa=ua H a1 Task Strategie di riduzione del rischio a medio termine su scala regionale UNINA (Zuccaro) Centro Studi (coordinatore( coordinatore: : prof. G. Zuccaro) -3. Approccio logico semplificato per definizione di interventi di rafforzamento r e miglioramento sismico. 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00-0,02-0,04 DANNO OSSERVATO (SPD - SAVE) INFLUENZA DEL PARAMETRO PG5 (isolato, d'angolo, inserito in una schiera o un blocco) ANG EST INT ISO A 0,084 0,074-0,017-0,001 B 0,065 0,056-0,008 0,059 Cm 0,046 0,035 0,006 0,019 C1 0,046 0,053 0,008 0,037 C2-0,001 0,004-0,030 0,044 CLASSI DI VULNERABILITA A B Cm C1 C2 FATTORI DI VULNERABILITA CURVE DI VULNERABILITA IN ACCELERAZIONE CORRELAZIONE DANNO- FATTORI TIPOLOGICI- MECCANISMI CALCOLO ITERATIVO DEI MECCANISMI DI DANNO SU MODELLI SIMULATI 2,4 2,2 2 SPD FOR VERTICAL STRUCTURAL TYPES A B C1 Cm D E T s kt N s kt T s a N s a 12/16 1,8 1,6 1,4 1,2 1 A B C1 Cm D E T i N i H1 a 0W1 A N n p1 E FO1+a 0Fv1 f A f A A f A E y E=vE N P 1 E f E x E=uE T i N i F V1 a 0W B G B HA HB W B B A a 0W A G A W A D S F O1+a 0F v1 B C A y D=vD f D f D x D=uD D f D E C

17 UNINA (Zuccaro) Centro Studi (coordinatore( coordinatore: : prof. G. Zuccaro) -3. Approccio logico semplificato per definizione di interventi di rafforzamento r e miglioramento sismico. RISULTATI : TIPO DI MECCANISMO RESPONSABILE DEL COLLASSO ULTIMO PER LE DIVERSE CLASSI TIPOLOGICHE 12/16

18 UNINA (Zuccaro) Centro Studi (coordinatore( coordinatore: : prof. G. Zuccaro) -3. Approccio logico semplificato per definizione di interventi di rafforzamento r e miglioramento sismico. RISULTATI : CURVE DI VULNERABILITA IN ACCELERAZIONE PER LE DIVERSE CLASSI TIPOLOGICHE 12/16

19 13/16 UNINA (Zuccaro) Centro Studi (coordinatore( coordinatore: : prof. G. Zuccaro) -3. Approccio logico semplificato per definizione di interventi di rafforzamento r e miglioramento sismico. 1 TAGLIO DELLA PARETE PER AZIONI NEL PIANO Muratura di scadente qualità,, area resistente ridotta in una o in entrambe le direzioni Buoni ammorsamenti tra le pareti (con o senza collegamenti ai solai ai vari livelli) 2 TAGLIO DELLA PARETE PER AZIONI NEL PIANO LOCALIZZATO NELLA ZONA ALTA Variazioni del sistema resistente ai livelli superiori Presenza di coperture pesanti ELEMENTI DI VULNERABILITA PARAMETRO 1 TIPO ED ORGANIZZAZIONE DEL SISTEM A RESISTENTE 2 QUALITÀ DEL SISTEM A RESISTENTE 3 RESISTENZA CONVENZIONALE 4 POSIZIONE EDIFICIO E FONDAZIONI 5 STRUTTURE ORIZZONTALI 6 CONFIGURAZIONE PLANIMETRICA 7 CONFIGURAZIONE IN ELEVAZIONE 8 ANZA M ASSIM A TRA LE M URATURE 9 STRUTTURE D COPERTURA 10 ELEM ENTI NON STRUTTURALI 11 STATO DI FATTO INTERVENTI Interventi di cuci e scuci Inserimento di pareti a taglio di muratura resistente ammorsate alle pareti preesistenti Placcaggi sandwich con rete elettrosaldata e gunite Placcaggi con materiali compositi Trattamenti con resine epossidiche

20 PRINCIPALI ATTIVITA UNIPV (Pinho) Università degli Studi di Pavia (coordinatore( coordinatore: : dr. R. Pinho) UNIPV-1. Procedura semplificata per la valutazione del rischio sismico a scala territoriale: applicazione a scala regionale e confronti con metodologie alternative. 14/16 VALUTAZIONE DELLO SCENARIO DI DANNO PER GLI EDIFICI RESIDENZIALI DE L AQUILA ATTRAVERSO IL METODO SP BELA Km Collapse (SL3) probability 0% - 20% 21% - 50% 51% - 80% 81% - 100% Km Damage grade 4 & 5 vulnerability A B C D other PERICOLOSITA : faglia di Paganica + relazione di attenuazione Akkar-Bommer ESPOSIZIONE: edifici rilevati da Tertulliani et al. (2011) CLASSI DI VULNERABILITÀ: classe A muratura di bassa qualità classe B muratura di media qualità classe C muratura di buona qualità e c.a. non sis prog classe D c.a. sis prog DATI DI MICROZONAZIONE: Gruppo di Lavoro MS-AQ (2010) per la macroarea di L Aquila Centro CONFRONTO: con i dati reali di danno raccolti da Tertulliani utilizzando la scala EMS

21 PRINCIPALI ATTIVITA INGV BO (Marzocchi) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Sezione di Bologna (coordinatore: dr. W. Marzocchi) INGV-BO BO-1. Stime di pericolosità sismica a medio termine per lo sviluppo di modelli di rischio time- dependent a scala regionale. INGV-BO BO-2. Sviluppo di strategie di decision- making per la riduzione del rischio sismico basate sull'analisi costi- benefici. 15/16

22 INGV BO (Marzocchi) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Sezione di Bologna (coordinatore: dr. W. Marzocchi) INGV-BO BO-1. Stime di pericolosità sismica a medio termine ( ( 10 anni) per lo sviluppo di modelli di rischio time- dependent a scala regionale. OBIETTIVO: Realizzazione di un sistema automatico per la stima in tempo reale della probabilità di occorrenza a medio termine in Italia. RISULTATI: Aggiornamento Modello Double- Branching per le stime di probabilità a medio termine. I versione del sistema CASSANDRA Catalogo sismico Informazioni geologiche??????? CASSANDRA 16/16 MAPPE DI PROBABILITÀ DI OCCORRENZA A BREVE E MEDIO TERMINE

23 INGV BO (Marzocchi) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Sezione di Bologna (coordinatore: dr. W. Marzocchi) INGV-BO BO-2. Sviluppo di strategie di decision- making per la riduzione del rischio sismico basate sull'analisi costi- benefici. OBIETTIVO: Sviluppo di strategie di decision- making per la riduzione del rischio sismico basate sull analisi costi-benefici RISULTATI: Formalizzazione di una strategia di analisi costi/benefici per la prioritizzazione del retrofit 16/16 Alternativa Alternativa Alternativa Mitigazione1 Mitigazione2 Mitigazione3 ANALISI COSTI/BENEFICI ALTERNATIVA DI MITIGAZIONE PIÙ VANTAGGIOSA STEP 1. Nature of Problem (Mitigation Alternatives) STEP 2. Costs with and without Mitigation Alternatives STEP 3. Benefits of Mitigation Alternatives STEP 4. Attractiveness of Mitigation Alternatives STEP 5. Best Alternative

24 INTERAZIONI CON ALTRE LINEE DI RICERCA Task Coordinatori: Sub task AT1-1.1a.3g Task Coordinatori: Sub task 2 plastiche per EDIFICI IN MURATURA, CENTRI STORICI E BENI CULTURALI prof. Sergio Lagomarsino,Università degli Studi di Genova prof. Guido Magenes, Università degli Studi di Pavia prof. Claudio Modena, Università degli Studi di Padova - Analisi non lineare degli aggregati edilizi nei centri storici UNINA-c (dr. Antonio FORMISANO) STRUTTURE IN C.A. ORDINARIE E PREFABBRICATE prof. Gaetano Manfredi, Federico II prof. Giorgio Monti, Università La Sapienza di Roma prof. Enrico Spacone, Università di Chieti-Pescara - Valutazione del comportamento non lineare degli edifici POLIBA- DICAR (prof. Mauro MEZZINA) - Calibrazione su base sperimentale dei fattori di modifica delle cerniere colonne in c.a. danneggiate UNINA- (prof. Gaetano MANFREDI) 16/16

25 Grazie per la cortese attenzione. L Aquila, 2009