Valutare il rischio simico

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1 Valutare il rischio simico Franco BRAGA Presidente ANIdIS Ordinario di Costruzioni in Zona Sismica «La Sapienza» Facoltà di Ingegneria ROMA Milano, 19 marzo 2015

2 IL RISCHIO SISMICO Il terremoto emiliano del 2012, pur di intensità non particolarmente elevata (Magnitudo max 5,9) colpendo, per la prima volta in Itali, un distretto fortemente produttivo ha evidenziato l importanza dei danni connessi a un terremoto. A fronte, infatti, di un numero di vittime assai contenuto, estremamente elevato è stato il danno economico derivante dai danni diretti (alle costruzioni) e dai danni indiretti (sospensione delle attività produttive). Semplificando senza banalizzare, il danno economico si è legato sia agli elementi strutturali sia, sostanzialmente, agli elementi non strutturali e agli impianti, quantizzandosi in percentuale del Costo di Ricostruzione (RC) del contenitore. Ancora più importante, poi, è stato il danno alle attività economiche connesse che, posto pari a 1 il danno alla costruzione, è arrivato a valere 2 o 3. Si è evidenziato inoltre come il danno più elevato si localizzi nel così detto cratere del terremoto (la zona epicentrale) ma come la reale entità del danno emerga solo esaminando l intera superficie colpita ossia le zone circostanti al cratere dove il danno agli elementi strutturali e assai contenuto o assente e significativo è ancora il danno agli elementi non strutturali, agli impianti, alle attività produttive. Per valutare meglio la questione, in un ottica di riduzione della vulnerabilità anche di contenuti, elementi non strutturali e impianti, è utile riferirsi a un caso reale. FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/2015 2

3 PARAMETRIZZAZIONE DEL RISCHIO SISMICO Nella bibliografia internazionale (FEMA E-74) compare un dato di significativa importanza per valutare l aliquota di RC connessa al danno sismico: la ripartizione di RC, tra contenuti, elementi non strutturali (finiture e impianti) e struttura Al netto dei contenuti, gli elementi non strutturali incidono su RC per una percentuale che oscilla tra il 75% (uffici) e l 85% (ospedali); non è possibile dunque valutare rischio sismico e danni prescindendo dagli elementi non strutturali e riferendosi alle sole strutture. Inoltre i danni agli elementi non strutturali e agli elementi strutturali non sono immediatamente correlabili. FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/2015 3

4 Tempo Origine (UTC) :05: :00: :55: :00: :03: :03: :13: :52: :47: :32: IL RISCHIO SISMICO Dal 2009 ad oggi in Italia ci sono stati 10 sismi con M L >= 5.2 (dati del centro nazionale terremoti dell INGV - estratti da Italian Seismological Instrumental and Parametric Data Base (ISIDe) Latitudine Longitudine Profondità Magnitudo Fonte Sala Sismica Sala Sismica Sala Sismica Sala Sismica Sala Sismica Sala Sismica Bollettino Bollettino Bollettino Bollettino FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/2015 4

5 IL RISCHIO SISMICO M L ( Richter) energia joule Mercalli Modificata < 3.5 < 1.6 E+7 I E+7 II E+8 III E+9 IV E+10 V E+11 VI E+13 VII E+14 VIII E+15 IX E+16 X 8.1 > 1.7 E+18 XI > 8.1. XII FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/2015 5

6 IL RISCHIO SISMICO FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/2015 6

7 0-0,5-1 -1,5-2 -2,5-3 -3,5-4 -4,5 I 0 - I 1 10 Legame Intensità loc.- Distanza M L = 5,9 Prof. epicentrale = 6,3 Km Legame Danno tot. - Distanza Distanza epicentro (km) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% D pr /D tot 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% D/D Distanza epicentro (km) IL RISCHIO SISMICO Distanza epicentro (km) Legame Danno loc.- Distanza FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/2015 7

8 Sintetizzando, pur se grossolanamente, i dati mostrati dalla figura precedente e ipotizzando una situazione di intervento precedente al terremoto si può dire che: avere preventivamente aumentato la sicurezza per pochi (ossia aver adeguato le strutture) così da far passare i danni alle stesse (nella zona del cratere) da pesanti a moderati, sarebbe equivalso a ridurre l intensità macrosismica da esse percepita di 1 grado, riducendo nel contempo i danni totali solo di un 5-10%. INVECE, A PARITÀ DI INVESTIMENTO, avere preventivamente ridotto il rischio sismico per molti, privilegiando il miglioramento strutturale fino al 50-60% dell adeguamento e, soprattutto, gli interventi (di poco costo e grande efficacia) su contenuti, elementi non strutturali e impianti avrebbe ridotto i danni sull intera area interessata, di un 40% - 50%. Per convincersi della verisimiglianza di questa affermazione basta focalizzare la attenzione su alcuni dati di fatto, ormai universalmente riconosciuti, ma non ancora efficacemente recepiti dalla norma italiana relativa alle costruzioni esistenti, in particolare in termini di: 1. Prestazioni da conseguire per contenuti, elementi non strutturali e impianti, 2. Interventi da adottare per conseguirle. AL RIGUARDO SONO ORMAI PUNTI FERMI I SEGUENTI DATI IL RISCHIO SISMICO FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/2015 8

9 Riduzione del rischio per molti come perseguirla? FEMA P-58 / September 2012 (560 Mb di documentazione) Seismic Performance Assessment of Buildings CHAPTER 1 - Introduction This report describes a general methodology and recommended procedures to assess the probable seismic performance of individual buildings based on their unique site, structural, nonstructural, and occupancy characteristics. Performance is measured in terms of the probability of incurring casualties, repair and replacement costs, repair time, and unsafe placarding. The methodology and procedures are applicable to new or existing buildings, and can be used to: (1) assess the probable performance of a building; (2) design new buildings to be capable of providing desired performance; (3) design seismic upgrades for existing buildings to improve their performance. The general methodology and recommended procedures can be applied to seismic performance assessments of any building type, regardless of age, construction, or occupancy. Implementation of the methodology requires basic data on the vulnerability of structural and nonstructural components to damage (fragility), as well as estimates of potential casualties, repair costs, and repair times (consequences) associated. FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/2015 9

10 Riduzione del rischio per molti come perseguirla? COSA SI FA IN ITALIA PER LA RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO? Nel 2009 Governo e Parlamento hanno istituito, nello stato di previsione del MEF, un fondo per la prevenzione del rischio sismico utilizzando la legge per la ricostruzione delle aree colpite dal terremoto dell Abruzzo (art. 11, Legge n. 77/2009). La spesa autorizzata è di 44 M per il 2010, di 145,1 M per il 2011, di 195,6 M per ciascuno degli anni 2012, 2013 e 2014, di 145,1 M per il 2015 e di 44 M per il 2016 (in totale 965 M ). L attuazione è affidata al DPC e regolata attraverso ordinanze. Nel 2013 il Ministro delle Infrastrutture e dei trasporti ha istituito una Commissione per la Classificazione del rischio sismico degli edifici finalizzata a provvedimenti di incentivazione fiscale. La Commissione ha operato attivamente ed è ormai prossima alla emissione di apposite LINEE GUIDA, che verranno accompagnate da un provvedimento legislativo che articoli e dettagli l incentivazione. Nel 2011 ha iniziato ad operare la Commissione per la revisione delle NTC08. Le attività della Commissione (particolarmente travagliate) si sono protratte, con alterne vicende ed alterne revisioni della norma, sino ad oggi. Oggi la norma è sostanzialmente pronta ed è stato trovato un accordo anche sul cap. 8, per il quale ci sono state forti contrapposizioni tra innovatori (rischio) e conservatori (sicurezza). FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/

11 PARAMETRIZZAZIONE DEL RISCHIO SISMICO Il rischio sismico misura l entità delle perdite di origine sismica che possono avvenire in un prefissato sito, in un dato intervallo di tempo; il rischio è grandezza probabilistica a causa delle numerose incertezze presenti nei diversi aspetti che lo determinano. Esso si ottiene combinando: pericolosità (intesa come probabilità che si verifichi un evento sismico di determinata intensità, in un dato intervallo temporale, in un dato luogo); vulnerabilità (intesa come probabilità che, per effetto di un evento di determinata intensità, si produca un determinato livello di danno fisico agli elementi esposti); esposizione (intesa come valutazione probabilistica delle conseguenze sociali ed economiche prodotte dal raggiungimento di determinati livelli di danno negli elementi esposti, anche in relazione alla presenza di persone e beni). Una corretta valutazione e quantificazione economica del rischio sismico comporta analisi (talvolta rappresentate nel mondo scientifico con un integrale triplo di non immediata comprensione) che possono essere semplificate sostituendo la probabilità di superamento con la frequenza di superamento. FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/

12 PARAMETRIZZAZIONE DEL RISCHIO SISMICO INTENSITÀ SISMICA TIPOLOGIA EDILIZIA ESPOSIZIONE I T E P[I] Pericolosità P[D I,T] P[T] P[E T] Vulnerabilità Esposizione P[L D,E,T] P L D, E, T P D I, T P I P T P E T P L I, T, E, D Si tratta di un procedura teorica, la cui efficacia è condizionata dalla qualità del database, oggi ancora carente per quanto riguarda i termini evidenziati. FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/

13 PARAMETRIZZAZIONE DEL RISCHIO SISMICO Nel caso reale (presa in conto dell intensità di terremoti aventi probabilità di occorrenza diverse e che producono livelli di danno diversi), le perdite annue medie, dirette e indirette, si ottengono integrando le perdite espresse in funzione della frequenza annua di superamento l=1/t R ; il valore del periodo di ritorno T R si ottiene come T R = - V R /ln(1-p VR ) dove (v. NTC08) V R è il periodo di riferimento e P VR è la probabilità di superamento su V R, per ciascuno degli Stati Limite considerati. A seguito delle analisi dette, si può esprimere il rischio sismico, per la sola parte economica, in termini di perdite annue medie attese, normalmente indicate con la sigla EAL (Expected Annual Loss); le perdite sociali, in particolare quanto a morti e feriti, si possono considerare collegando parametricamente il numero di morti e feriti all'entità del danno economico. Si consideri un edificio in cui si prevedono perdite economiche dirette pari al 30 % di RC (Costo di Ricostruzione) per sismi con periodo di ritorno 200 anni; in tal caso si ha EAL (30 % di RC) / 200 = 0,15%RC. Vari studi indicano che le perdite dirette annue medie per un edificio moderno, costruito applicando norme sismiche, sono normalmente dell ordine di 1,0%RC, mentre per edifici costruiti in assenza di norme sismiche è raro riscontrare valori inferiori a 2,5%RC. FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/

14 PARAMETRIZZAZIONE DEL RISCHIO SISMICO Il valore di EAL si stima approssimando con segmenti rettilinei (funzioni multi-lineari), tra le prestazioni valutate, la curva che esprime la frequenza di eccedenza annuale. EAL è dato dall area sottesa dalla doppia spezzata rossa. FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/

15 %RC PARAMETRIZZAZIONE DEL RISCHIO SISMICO 100% 12 80% 60% 11 SLC 10 SLV Curva di riferimento 40% 20% 0% 9 SLD 8 SLO 7 SLID 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% λ=1/t R FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/

16 CLASSI DI VULNERABILITÀ DELLE COSTRUZIONI (EMS-98) FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/

17 VALUTAZIONE DEL RISCHIO SISMICO ZONA SISMICA DI 1 CATEGORIA %RC 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,10% 1,00% l(%) 10,00% F E D C B A F EMS E EMS D EMS C EMS B EMS A EMS SLO SLD SLV SLC EMS-98 - Zona 1 CLASSE EAL/RC F EEMS <0,75% E EMS 0,75%< <1,50% D EMS 1,50%< <2,50% C EMS 2,50%< <3,50% B EMS 3,50%< <4,50% A EMS 4,50%< FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/

18 VALUTAZIONE DEL RISCHIO SISMICO Classe di rischio EAL (%RC) Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 A+ <0,50 F EMS F EMS, E EMS D EMS, E EMS, F EMS A 0,50< <0,75 F EMS E EMS D EMS,C EMS C EMS, B EMS, A EMS B 0,75< <1,50 E EMS D EMS B EMS, A EMS C 1,50< <2,50 D EMS C EMS D 2,50< <3,50 C EMS B EMS E 3,50< <4,50 B EMS A EMS F 4,50< <7,50 A EMS G 7,50< CLASSE ENERGETICA Indicatore energetico Indicatore sismico CLASSE DI RISCHIO SISMICO EAL E (%) EAL S (%) A+ <0,50 A+ <0,50 A 0,50< <0,75 A 0,50< <0,75 B 0,75< <1,50 B 0,75< <1,50 C 1,50< <2,50 C 1,50< <2,50 D 2,50< <3,50 D 2,50< <3,50 E 3,50< <4,50 E 3,50< <4,50 F 4,50< <7,50 F 4,50< <7,50 G 7,50< G 7,50< FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/

19 FINE FRANCO BRAGA Valutare il rischio sismico 19/03/