SCENARI DI DANNO EMPIRICI E ANALITICI A CONFRONTO CON RECENTI TERREMOTI ITALIANI

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1 32 Convegno Nazionale Trieste novembre 2013 SCENARI DI DANNO EMPIRICI E ANALITICI A CONFRONTO CON RECENTI TERREMOTI ITALIANI F. Sabetta 1, E. Speranza 1, B. Borzi 2, M. Faravelli 2 1- Dipartimento della Protezione Civile, Roma 2- EUCENTRE - European Centre for Training and Research in Earthquake Engineering

2 Introduzione Nelle prime ore successive al verificarsi di un evento sismico è particolarmente utile disporre di uno strumento che, utilizzando esclusivamente i parametri ipocentrali forniti in tempo reale dall INGV, restituisca una prima stima dell ordine di grandezza delle perdite attese. Presso il DPC è in uso ormai da più di 10 anni l applicativo SIGE (che consente di calcolare le perdite, in termini di numero atteso di abitazioni crollate, inagibili, danneggiate, nonché di vittime, feriti e senza tetto (Lucantoni et al., 2001)). 2

3 SIGE: approccio empirico Il SIGE si basa sull utilizzo di Matrici di Probabilità di Danno (DPM - Di Pasquale et al., 2000) che forniscono la probabilità condizionata di raggiungere un determinato livello di danno (da 0=nessun danno a 5=collasso) in funzione dell intensità macrosimica e della classe tipologica dell abitazione. Il SIGE è stato sviluppato a partire da una metodologia empirica che deriva le DPM dall elaborazione statistica dei dati raccolti durante le indagini post-terremoto (in particolare Irpinia 1980 e Abruzzo 1984). Massima intensità Mercalli (MCS) Persone coinvolte Stime dello scenario * Terremoto del 6 aprile 2009 in crolli Scenario di simulazione lanciato 15 dopo l evento Senzatetto ** Abitazioni inagibili *** Min 200 Max VIII-IX Med Dati reali (DPC civile.it) IX 3

4 SIGE: approccio empirico Il SIGE, in particolare per i terremoti di piccola magnitudo, tende a fornire una sovrastima dei danni anche se la forchetta tra i limiti inferiore e superiore riesce a cogliere l ordine di grandezza. E stata recentemente messa a punto una versione del SIGE che prevede l attenuazione della PGA anziché dell intensità e l utilizzo di curve di fragilità (Sabetta et al., 1998) fornendo stime di danno inferiori e più vicine ai dati reali. Il SIGE è tuttora lo strumento di riferimento per le valutazioni di scenario presso il DPC perchè: 1. il metodo empirico è stato sviluppato sulla base di dati reali di danno osservato 2. fornisce un quadro territoriale completo dell area colpita (sismicità, reti di monitoraggio, popolazione coinvolta, danni all edilizia residenziale, scuole, ospedali, reti stradali e ferroviarie, dighe, industrie a rischio, etc.) 3. risulta particolarmente semplice da utilizzare anche per persone non esperte 4

5 SP-BELA: approccio meccanico Eucentre sta realizzando, per conto del DPC, un progetto finalizzato alla formulazione di scenari di danno, in modo da fornire un termine di raffronto al risultato prodotto dal SIGE e poterne migliorare l operatività. Vulnerabilità Scuotimento definita valutando curve di capacità (curve pushover) mediante un metodo meccanico pubblicato in letteratura con l acronimo SP- BELA: Simplified Pushover Based Earthquake Loss Assessment calcolato con diverse relazioni di attenuazione del moto del suolo: Cauzzi e Faccioli (2008), Boore e Atkinson (2008), Akkar e Bommer (2010), Bindi et al. (2011) Probabilità di danno comune definita mediante un confronto fra la capacità di spostamento e la domanda di spostamento imposta dallo scuotimento sismico, utilizzando per lo scuotimento l ordinata spettrale corrispondente al periodo di vibrazione dell edificio unità minima di definizione 5

6 SP-BELA: classi di vulnerabilità ISTAT: dati di input sul patrimonio edilizio 5 classi di vulnerabilità Tipologia strutturale Numero di piani Epoca di costruzione Data classificazione sismica A: edifici in muratura di cattiva qualità B: edifici in muratura di media qualità C1: edifici in muratura di buona qualità C2: edifici in c.a. non sismicamente progettati D: edifici in c.a. sismicamente progettati 6

7 SP-BELA: curve di fragilità CEMENTO ARMATO Per il c.a. le curve di fragilità sono state calcolate solo con il metodo meccanico SP-BELA in quanto non sono stati riscontrati problemi nella rappresentazione statistica del campione di edifici. MURATURA Per la muratura il campione statisticamente significativo di parametri per calcolare la capacità strutturale, è quello della muratura di buona qualità (classe C1). Per la valutazione della fragilità degli edifici in muratura si è adottata una procedura ibrida che unisce alla metodologia meccanica SP-BELA i risultati di DPM empiriche. Le curve per le classi A e B sono state ottenute a partire dalla curva per la classe C1 attraverso l applicazione di coefficienti moltiplicativi della media della distribuzione calcolati a partire dalle DPM elaborate da Lagomarsino e Giovinazzi (2007) sulla base della scala EMS98. 7

8 SP-BELA: correlazione tra stati limite e livelli di danno SL1 danno lieve SL2 danno severo SL3 collasso Stati limite D0 nessun danno D1-D2 D3-D4 D5 collasso Livelli di danno relazione fra stati limite e livelli di danno definita sulla base dei dati di danno osservato (Lagomarsino e Giovinazzi, 2007) ipotesi: D3= danno severo D4 = collasso altri livelli di danno: definiti applicando coefficienti moltiplicativi del valore medio della curva di fragilità del livello D3 per il calcolo di D1 e D2 e della curva del livello D4 per il calcolo di D5 calibrazione dei coefficienti sulla base dei dati reali del terremoto di L Aquila

9 Calibrazione di SP-BELA sul terremoto aquilano Solo i comuni con una percentuale di rilevamento superiore al 30% sono stati presi in considerazione; la percentuale residua (rispetto al totale di edifici secondo ISTAT) è stata considerata costituita da edifici agibili Se la percentuale di rilevamento era superiore al 100% (differenza rilevatore ISTAT e scheda AEDES) gli edifici eccedenti sono stati ridistribuiti secondo le percentuali di agibili, danneggiati e inagibili database di danno ed agibilità del terremoto de L Aquila contenente circa edifici oggetto di sopralluogo regressione per mettere in relazione le distribuzioni dei livelli di danno con i relativi esiti di agibilità il rapporto in grado di ottimizzare sull intero database la correlazione esito-danno è: Agibili (esito A): Danneggiati (esiti B+C): Inagibili (esiti E+F): D0+0.6 D1 0.4 D1+0.2 (D2+D3) 0.8 (D2+D3)+D4+D5 9

10 % edifici Confronto SP-BELA/terremoto de L Aquila 2009 (1) 50% Livelli di danno 45% 40% 43% 41% osservati SP-BELA 35% 30% 25% 20% 27% 24% 26% 23% 15% 10% 5% 7% 9% 0% d0 d1 d2-d3 d4-d5 Buon accordo tra i dati reali e le elaborazioni svolte con SP-BELA: la differenza tra le distribuzioni dei livelli di danno non supera il 3% 10

11 N edifici Confronto SP-BELA/terremoto de L Aquila 2009 (2) Esito di agibilità osservati SP-BELA agibili danneggiati inagibili La massima differenza in termini di esiti di agibilità si presenta per gli edifici inagibili per i quali SP-BELA sovrastima il dato reale di circa il 16% 11

12 Confr. SIGE/SP-BELA/terremoti reali italiani (1) Pollino 2012 (Mw=5.4) Lunigiana gennaio 2013 (Mw=5.12) Lunigiana giugno 2013 (Mw=5.4) Abruzzo 1984 (Mw=5.66) Umbria-Marche 1997 (Mw=5.95) Molise 2002 (Mw=5.72) 12

13 Confr. SIGE/SP-BELA/terremoti reali italiani (2) Inagibili osservati SP-BELA (media) SIGE - Intensità SIGE - PGA

14 Confr. SIGE/SP-BELA/terremoti reali italiani (3) 400 Crolli osservati SP-BELA (media) SIGE - Intensità SIGE - PGA

15 Confr. SIGE/SP-BELA/terremoti reali italiani (4) Abitazioni inagibili Abru Pol Umb-Mar Lun gen 2013 Lun giu La linea di tendenza dei dati osservati è compresa tra i min e i max di SP-BELA per valori di Mw>5.45 e per valori inferiori di magnitudo è poco al di sotto della linea che interpola i minimi Mw osservati SP-BELA (min) SP-BELA (max) SIGE - PGA 15

16 Confr. SIGE/SP-BELA/terremoti reali italiani (5) Abitazioni crollate osservati SP-BELA (min) SP-BELA (max) SIGE - PGA Lun giu 2013 Pol 2012 Abru 1984 Umb-Mar Lun gen 2013 Mol I dati osservati sono sempre compresi tra i valori minimi e i valori massimi di SP-BELA Mw 16

17 Commenti e conclusioni Il confronto complessivo tra le elaborazioni svolte con SP-BELA e i dati reali per i terremoti considerati risulta abbastanza buono In questa prima calibrazione i valori medi ottenuti con SP-BELA tendono a sovrastimare i dati reali in particolare per quanto riguarda i crolli e i terremoti di magnitudo inferiore a 5.5. Questo rimanda alla necessità di un ulteriore calibrazione delle correlazioni stati limite-livello di danno e agibilità-livello di danno basate su altri terremoti, oltre a quello de L Aquila, per cui siano disponibili dati di danneggiamento rilevati con sufficiente attendibilità 17