Rischio sismico e prevenzione
Mirandola, 30 novembre 2013
Pericolosità sismica del territorio e
vulnerabilità sismica delle costruzioni
Alessandro De Stefano
Magnitudo, Spostamento del suolo, Energia
Differenza di
Magnitudo
1.0
0.5
0.3
0.1
Spostamento al
suolo
10.0 volte
3.2 volte
2.0 volte
1.3 volte
Energia
32 volte
5.5 volte
3 volte
1.4 volte
Frequenza dei terremoti
Magnitudo
8 o più
7 - 7.9
6 - 6.9
5 - 5.9
4 - 4.9
3 - 3.9
2 - 2.9
Media annua
1
15
134
1319
13,000 (stima)
130,000 (stima)
1,300,000 (stima)
TTeTTT
Terremoti diversi ma riconducibili a sismogenesi correlate
La mappa di scuotibilità INGV del 2006
qui rappresentata (percentile 84%)vale
su suoli duri (roccia)
In piano. Non tiene conto degli effetti di
amplificazione locale per effetto di
depositi di terreno soffice e sciolto e per
cause topografiche
Il terremoto come processo aleatorio
Domanda: qual’è la probabilità che in n anni si verifichi
almeno un terremoto di intensità superiore o uguale ad
un valore assegnato?
Se si assume che:
• Il terremoto sia descritto da un processo stocastico senza memoria;
• Che i parametri del processo non mutino nel tempo;
la risposta alla domanda viene, p.es., dalla distribuzione esponenziale:
P[ I I 0 in n anni] 1 - e t
ove :
1
;
TR
TR (Tempo di Ritorno) intervallo medio tra due sismi con I I 0
Il problema inverso
Domanda: Qual’è il Tempo di Ritorno di un terremoto
che ha il 10% di probabilità di verificarsi almeno
una volta in n anni?
1 1
1
1
ln
ln
;
n 1 PI I 0 n 1 0,1
n = 10 anni
n = 50 anni
n = 100 anni
TR
1
n = 200 anni
TR
(P[I ≥ I0] = 10%)
95
475
950
1900
TR
(P[I ≥ I0] = 2%)
495
2475
4950
10000
Seismic hazard
Debolezze dell’approccio probabilistico
L’approccio probabilistico (PSHA) alla stima della scuotibilità
(hazard) connette la magnitudo o l’intensità epicentrale al
tempo di ritorno (RT). Il legame è dato dalla legge di
Gutemberg-Richter (originale o corretta) o dalla
distribuzione di Poisson (in forme quali la legge
esponenziale). Sono modelli senza memoria ed invarianti nel
tempo.
Il recepimento normativo lega il tempo di ritorno, e quindi la
grandezza del terremoto di progetto, all’importanza della
costruzione ed della sua destinazione d’uso.
Immaginiamo ora che una «Critical Industrial Facility (CIF)» ed un numero di costruzioni
ordinarie (OC) insistano sullo stesso territorio.
Progettiamo la CIF , p.es. perché resista ad un terremoto con il 2% di probabilita di
eccedenza in 100 anni (RT di circa 5000 anni)
Progettiamo le OC perché resistano ad un sisma con il 10% di probabilità di eccedenza in
50years (RT di circa 500 anni).
Supponiamo, ora, di sapere che un terremoto con RT di 5000 years, ammesso che sia
verosimile, si è verificato 5000 anni fa e non si è mai ripetuto fino ad oggi. Qual è la
probabilità che avvenga nel prossimo anno? Se do credito alla distribuzione esponenziale
posso stimare che un simile evento abbia il 63% di probabilità di verificarsi, una probabilità
molto alta. Se ciò avvenisse, che ne sarebbe delle costruzioni ordinarie, non attrezzate per
un sisma così intenso?
Ma la storia sismica di 5000 anni non è nota. Non ci sono dati. Una previsione su base
statistica non si può fare con leggi di distribuzione vuote di dati, o per estrapolazione da
basi di dati di sismi più modesti e più frequenti. Ed ancora, non possiamo considerare un
sisma molto violento come improbabile perché raro se non sappiamo nulla di ciò che è
avvenuto in passato.
Il concetto di tempo di ritorno (RT) si concilia anche
difficilmente, ai fini pratici, con l’evidenza dei terremoti
replicati in poco tempo nella stessa area geografica ma
con sismogenesi diversa.
Tra i molti esempi:
• California: San Fernando (1971), Loma Prieta (1989),
Northridge (1994)
• Turchia: due forti sismi presso il mar di Marmara (17
agosto, 12 novembre 1999) originati da faglie diverse
• Cina: Wenchuan (maggio 2008, M 7,9), Lu Shan (150
km di distanza, 5 anni dopo
• ……..
Elenco dei terremoti con il maggior numero di vittime
avvenuti nel mondo a partire dall’anno 2000
Tutti i terremoti più devastanti sono stati sottostimati dalle tradizionali stime probabilistiche
dello scuotimento atteso (GSHAP) => Necessità di una verifica oggettiva delle stime di
pericolosità sismica
Differenza fra i valori di intensità osservati e quelli previsti da GSHAP
Kossobokov & Nekrasova (AGU, 2010)
Wyss, Kossobokov & Nekrasova (Nat.Haz., 2012)
Alternati
va a
PSHA:
NDSHA
(Neo-Deterministic
Seismic Hazard
Assessment
Mappa DGA calcolata usando una molteplicità di
informazioni eterogenee e modelli evolutivi secondo il
criterio del “massimo terremoto credibile”.
Importanza
degli effetti di
amplificazione
locale
CHE COSA SI MUOVE OGGI IN AMBITO EU?
NERA: Network of European Research Infrastructures for
Earthquake Risk Assessment and Mitigation
• NERA (2010-2014) is an EC infrastructure project that integrates key research
infrastructures in Europe for monitoring earthquakes and assessing their hazard and risk.
• NERA integrates and facilitates the use of these infrastructures and access to data for
research, provides services and access to earthquake data and parameters, and hazard
and risk products and tools.
• NERA activities are coordinated with other relevant EC-projects and European initiatives,
and contribute to
• ESFRI EPOS infrastructure
• OECD GEM program. GLOBAL EARTHQUAKE MODEL (fondazione)
EPOS: European Plate Observing System
EPOS is the integrated solid Earth Sciences research infrastructure approved by
the European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI) and included in the
ESFRI Roadmap in December 2008.
EPOS is a long-term integration plan of national existing RIs.
Why
The goal of EPOS is to promote and make possible innovative approaches
for a better understanding of the physical processes
controlling earthquakes, volcanic eruptions, unrest episodes and tsunamis
as well as those driving tectonics and Earth surface dynamics.
Integration of the existing national and trans-national RIs will increase access
and use of the multidisciplinary data recorded by the solid Earth monitoring
networks, acquired in laboratory experiments and/or produced by
computational simulations.
Establishment of EPOS will foster worldwide interoperability in Earth Sciences
and provide services to a broad community of users
Vulnerabilità
• La vulnerabilità sismica di un edificio è un suo
carattere
comportamentale
descritto
attraverso una legge causa-effetto in cui la
causa è il terremoto e l'effetto è il danno.
• Indichiamo genericamente con s e con d due
parametri misuratori del sisma e del danno.
Vulnerabilità
Grado di danno d (compreso tra 0 e 1)
• Costo della riparazione rapportato a quello della ricostruzione
completa dell'edificio.
• Stati di danno osservati (nullo, lieve, ...), simili a quelli che sono
alla base delle scale macrosismiche
• Indicatori meccanici di danno. Modello numerico: l'inizio del
danno ed il collasso vengono associati al raggiungimento di stati
limite. L'aumentare del danno intermedio è collegato alla
evoluzione di variabili meccaniche.
• Indice di danno ibrido, che è compatibile con la scheda di
rilevamento sul campo attualmente impiegata in Italia, funzione di
estensioni e gravità del danneggiamento e peso economico
L'indice di danno per l'intero edificio è stato definito con una
media pesata, ove i pesi sono i volumi relativi delle parti
danneggiate
• vulnerabilità sismica di un edificio significa relazione
fra la variabile y (intensità del sisma), che ha per
estremi i valori yi, yc, (inizio del danno e collasso), e
la variabile d, definita come si è detto nell'intervallo
0, 1. Relazione probabilistica.
• In analisi di rischio con scarsità di dati, si può
rinunciare alla rappresentazione probabilistica della
vulnerabilità, operando in ambito deterministico ed
utilizzando opportune relazioni d(y)
Curve di fragilità come base per analisi di
rischio sismico (data-base in formazione in EU –
data-base HAZUS in USA). Ma è la strada giusta?
probabilistiche
deterministiche
Ci sono molte strutture civili con
carattere di unicità tipologica; in
quel caso le curve di fragilità
possono valere solo, a rigore, per il
singolo individuo e la applicazione
generalizzata può implicare una
forzatura arbitraria
Ci sono strutture civili o industriali
con tipologie standard; in quel caso
le curve di fragilità possono
assumere un significato generale per
l’intera classe tipologica
semplificate
La progettazione di strutture strategiche o rilevanti:
aspetti che influenzano la vulnerabilità
INTERAZIONI
Governo
nazionale e
regionale
(Normative)
Progettista
architettonico
3
Geologoingegnere
geotecnico
1
2
Progettista
degli impianti
Committente
pubblico o
privato
6
Progettista
delle
strutture
4
PROGETTO
STRUTTURALE
5
Servizio
sismicoConf. servizi
(controllo)
PARTICOLARE ATTENZIONE PER GLI EDIFICI STRATEGICI E
RILEVANTI
Che cosa non dovrebbe fare l’Ente proprietario della di un
edificio strategico o rilevante?
Collocare la funzione strategica o rilevante in un edificio storico
monumentale: l’esigenza di conservazione del bene
architettonico non è compatibile con la sicurezza necessaria
Destinare a funzione strategica o rilevante edifici acquisiti da
Enti pubblici o privati senza un rigoroso controllo visivo e
sperimentale su componenti strutturali e non strutturali
Trattare con sufficienza il rischio del terremoto. Ogni volta che la zonazione
sismica è cambiata è divenuta più severa
Trattare con sufficienza il rischio climatico ed idro-geologico. Il clima sta
cambiando e può generare eventi traumatici
Che cosa dovrebbe fare l’Ente committente di lavori in un edificio
strategico o rilevante
Affidare incarichi di progettazione tenendo conto dei
costi di manutenzione e del ciclo vitale della costruzione
porre la sicurezza al primo posto
(prima di acustica o risparmio energetico)
Affidare incarichi ed appalti con bandi che non siano
fondati sulla scelta del minimo costo.
prendere in considerazione le tecnologie antisismiche
moderne. Spesso sono competitive, abbattono i costi
manutentivi e permettono applicazioni dall’esterno
senza interrompere il servizio
Processo di progettazione sequenziale:
consueto, ma laborioso e inefficiente
Relazione
geologica
Progetto
architettonico
Progetto
strutture
Progetto
finale
Processo di interazione in parallelo: efficiente e capace
di favorire la creatività come esito dello scambio
continuo di idee e la realizzazione della sicurezza cme
esito del continuo controllo reciproco. Comporta
portabilità di software, modelli e grafica specializzata.
Progetto
architettonico
Progetto
strutture
Competenza
geologica e
geofisica
PROGETTO
INTEGRATO
La cultura dell’ingegneria sismica:
Come l’attitudine dei progettisti può influenzare la vulnerabilità
• Il terremoto non conosce la normativa tecnica
• I progettisti delle strutture conoscono la normativa ma:
– Non conoscono o non comprendono il terremoto e si
attengono alla lettera della normativa senza coglierne
pienamente il senso ma con prudenza;
– Non conoscono o non comprendono il terremoto e si
attengono alla lettera della normativa con interpretazione
priva di senso ma economicamente conveniente;
– Conoscono e comprendono il terremoto e applicano alla
progettazione la loro conoscenza e comprensione guidando
committenti e costruttori verse scelte corrette;
– Conoscono e comprendono il terremoto ma non credono che
possa avvenire e si adeguano a chi non lo conosce e
comprende interpretando le norme secondo convenienza.
Interazione progettisti-organi di controllo
(Servizio Sismico, Conf. Servizi)
L’efficienza della interazione richiede procedure standard ed informatizzate
che accelerino le valutazioni e consentano in prospettiva futura riposte molto
rapide da parte degli organi di controllo
Progettisti
Servizio
sismico
Conferenza
dei servizi
Elementi critici dell’interazione che richiedono
razionalizzazione, informatizzazione e procedure
standard
Esigenza di: completezza, leggibilità,
organizzazione
Regole di qualità nella redazione e presentazione degli elaborati grafici
Relazione illustrativa e di calcolo leggibili (no semplici tabulati!),
comprensibili, adeguate per contenuti
