Seismic emergency system evaluation: The role of seismic hazard and local effects

Autori: Mori F.1., Gena A.1, Mendicelli, A.1, Naso, G.2, Spina, D.2

Affiliazioni:
1 Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Roma, Italy
2 Dipartimento della Protezione Civile, Roma, Italy (giuseppe.naso@protezionecivile.it)

2020 Engineering Geology

Abstract

Una metodologia sperimentale per la valutazione dell’operatività del sistema di gestione dell’emergenza di un Contesto Territoriale

La metodologia per la valutazione dell’operatività del sistema di emergenza strutturale del Contesto Territoriale prevede:

Per la pericolosità di base:

• Modello delle sorgenti: zonazione ZS9, tassi osservati da catalogo CPTI04, meccanismi di rottura e profondità medie INGV;
• Albero logico: 60% completezza storica, 40% completezza statistica;
• Leggi di attenuazione: Bindi et al. (2011, ITA10) con interpolazione sul parametro Vs30Velocità media delle onde di taglio nei primi 30 metri di sottosuolo. È definita come il rapporto tra 30 e la sommatoria dei rapporti tra lo spessore dello strato i-esimo e la corrispondente velocità Vs..

Per la pericolosità in superficie:

• Utilizzo del parametro V_s30 da carta nazionale (Mori et al., 2020b) nella GMPE ITA10. La funzione di amplificazione della GMPE viene modificata al fine di interpolare il valore del fattore di amplificazione in corrispondenza del V_s30 inferito da mappa;
• Utilizzo di fattori di amplificazione da carta nazionale (Falcone et al., 2020/2021) ricavati con software NC92soil (Acunzo et al., 2020/2021);
• Correlazione spaziale dei residui intraevent della GMPE e crosscorrelazione delle varie intensità di misura (PGA, PGV e ordinate spettrali)

I risultati dell’analisi di pericolosità stocastica vengono calcolati direttamente nei punti del grafo, senza ricorrere ad interpolazioni, e sono:

• PGA per tutti i nodi del grafo; verrà utilizzata nelle curve di fragilità degli edifici interferenti per valutare la probabilità di crollo e quindi le interferenze con le aree di emergenza e con le infrastrutture di connessione;
• PGV per tutti i nodi del grafo; verrà utilizzata per la valutazione delle frane e liquefazione cosismiche e quindi le interferenze con le aree di emergenza e con le infrastrutture di connessione;
• Acceleration Spectra Intensity (ASI) per i nodi degli edifici strategici dove sono state condotte misure dinamiche conoscendone il periodo fondamentale; il parametro verrà utilizzato nelle curve di fragilità degli edifici strategici sui quali sono state operate misure sperimentali per valutarne la probabilità di operatività strutturale.

La valutazione dei fenomeni di instabilità permanente cosismici avviene nelle seguenti modalità:

• calcolo della probabilità di frana e areal coverage con metodologia Nowicki et al. (2018);
• calcolo della probabilità di liquefazione e areal coverage con metodologia Zhu et al. (2017).

La valutazione del danneggiamento degli edifici avviene:

• Per gli edifici strategici: attraverso curve di fragilità (Vacca et al., 2020/2021) ricavate dall’applicazione del modello SMAV (Spina et al., 2019) con annesse misurazioni dinamiche sull’edificio e valutazione dell’operatività strutturale (danno D2). Questa modalità è riservata ai tre edifici strategici fondamentali del CTinsieme di comuni limitrofi che cooperano sul tema della riduzione del rischio e in cui le attività di prevenzione e gestione dell’emergenza possono essere esercitate in modo coordinato e rappresenta l’approccio avanzato. A supporto e validazione dei risultati di tali curve è stata parallelamente attivata un’attività di modellazione beam like (Occhipinti et al., 2020/2021);
• Per gli edifici residenziali interferenti con infrastrutture di connessione: attraverso curve di fragilità calibrate sul metodo semplificato Sismabonus (Anelli et al., 2020/2021) e la valutazione del collasso (D4+D5). Tale modalità rappresenta l’approccio semplificato. La classe di vulnerabilità viene assegnata in base ai dati presenti nelle schede degli edifici delle CLEstrumento di verifica dei principali elementi fisici di gestione dell'emergenza, individuati a partire dai Piani di Protezione Civile e relativi modificatori in presenza di aggregati.

La valutazione delle interferenze su aree di emergenza e infrastrutture di connessione avviene:

• La probabilità di operatività delle aree di emergenza e delle infrastrutture di collegamento è assunta in prima approssimazione proporzionale alla probabilità di accadimento dei fenomeni di crollo di edifici interferenti, frana e liquefazione.

Il modello avanzato per le infrastrutture di connessione in relazione ai crolli degli edifici interferenti è stato messo a punto in Anelli et al. (2020). 

L’Indice di Operatività del Contesto Territoriale (IOCTIndice di Operatività del Contesto Territoriale. È definito come il rapporto tra l’efficienza del sistema di gestione dell’emergenza in condizioni ordinarie (pre-evento) e l’efficienza del sistema in condizioni post evento.) è definito come il rapporto tra l’efficienza della rete in condizioni di servizio e l’efficienza della rete in condizioni perturbate.

In condizioni di servizio l’efficienza è data dalla sommatoria, per tutte le coppie di nodi che devono rimanere connesse (secondo la matrice di adiacenza del sistema), del rapporto tra il prodotto dell’operatività del nodo di origine e di destinazione e la lunghezza minima del percorso tra i due nodi (tramite l’algoritmo di Dijkstra). In condizioni di servizio l’operatività dei nodi è assunta unitaria.

In condizioni perturbate, l’efficienza del sistema si modifica in quanto le operatività dei nodi tendono a ridursi (danno degli edifici) e i percorsi minimi tra questi tendono a subire delle modifiche per effetto delle interferenze dovute alle perturbazioni (frane, liquefazioni, crolli degli edifici interferenti).

È importante sottolineare che il sistema minimo costituito da una singola coppia di nodi e dal percorso minimo tra essi, entra in crisi se è operativo solo uno dei due nodi, oppure se non è operativo il percorso. Per tale motivo vengono utilizzati i teoremi della probabilità condizionata.

L’indice IOCT varia tra 0 ed 1 e fornisce 5 Classi di Operatività del CT (COCT).

Con lo stesso metodo vengono calcolati anche gli indici e le classi relativamente alle famiglie di oggetti:

• indice e classe edifici strategici fondamentali;
• indice e classe dell’area di ammassamento;
• indice e classe dei punti di accesso al CT;
• indice e classe dei COC;
• indice e classe delle aree di emergenza;
• indice e classe delle infrastrutture di connessione.

La rappresentazione grafica di questi indici avviene attraverso un grafico a radar.

Risulta evidente come il costo per l’adeguamento del sistema è la parte dell’area che sommata a quella del radar ottenuta con IOCT restituisce l’area iniziale del grafico. Al fine di stimare questo costo, sono stati sviluppati modelli di miglioramento in relazione alle possibili perturbazioni e interferenze di sistema.

Per il calcolo dell’indice IOCT si è implementato un software specifico in ambiente Matlab (soft_IOCT).

Per la valutazione del Grafo Ottimale di CT (GOCT) si sta implementando un software stand alone specifico in ambiente Python (soft_GOCT).