TEMA DI RICERCA: 3

TITOLO DEL PROGETTO: VIA - Riduzione della Vulnerabilità sismica di Sistemi infrastrutturali e Ambiente Fisico

DURATA DEL PROGETTO: 36 mesi

Obiettivo del progetto

Il progetto si propone di affrontare globalmente i contenuti del tema 3 del programma quadro in relazione alla vulnerabilità dell'ambiente fisico e di alcuni tipi di opere infrastrutturali, che possono essere suddivise in tre classi:

• le reti viabilistiche stradali di grande comunicazione;

• le linee elettriche ad alta tensione;

• singole opere di rilevanza specifica: grandi complessi industriali e dighe in terra.

Sia per i problemi connessi all'ambiente fisico che per ciascuna delle tre classi saranno presi in esame tutti i dieci punti elencati nel programma quadro, comprendendo quindi catalogazione, individuazione degli aspetti rilevanti e specifici del moto atteso, modellazione, valutazione di vulnerabilità e rischio, metodi per la riduzione della vulnerabilità.

Si opererà sia su base nazionale, fornendo gli strumenti per una catalogazione completa e predisponendo una prima base di dati per alcune sottoclassi, sia su base locale, individuando aree o esempi campione sui quali le procedure sviluppate saranno applicate in modo completo.

Gli obiettivi generali del progetto proposto comprendono quindi molteplici aspetti:

• la predisposizione di uno strumento informatico territoriale che consenta la catalogazione integrata di opere e sistemi infrastrutturali, completo di interfaccia con strumenti informatici di valutazione della vulnerabilità e del rischio;

• lo sviluppo di procedure integrate di valutazione del rischio per sistemi infrastrutturali complessi, che includa tutte le componenti fisiche del sistema, tra cui le opere d'arte, la loro interazione con l'ambiente fisico, la rilevanza di possibili alternative per garantire la funzionalità del sistema, la rilevanza del danno indotto;

• lo sviluppo di modelli relativamente semplici per la valutazione della vulnerabilità dei componenti dei sistemi, che includa una stima degli effetti della variabilità dei parametri utilizzati;

• lo sviluppo e la valutazione di metodi di riduzione della vulnerabilità, basati su tecniche innovative, quali trattamento dei terreni, tecniche di isolamento e dissipazione artificiale e utilizzo di materiali compositi avanzati;

• la catalogazione di opere e sistemi campione, sia in termini di reti distribuite sul territorio nazionale per le quali sia disponibile qualche forma di base dati, sia in termini di aree ed esempi campione in cui si prevede di effettuare specifiche raccolte di dati all'interno del progetto.

Descrizione del programma di ricerca

Il progetto è suddiviso in sette tasks, per ciascuno dei quali sono stati definiti un coordinatore e le di UR che contribuiranno, secondo lo schema di cui alla tabella seguente. Il progetto si varrà di alcuni contributi attraverso sub-contratti, non evidenziati in tabella, tra i quali sono particolarmente rilevanti quelli da stipulare con l'Università degli Studi del Sannio, che contribuirà ai tasks 2 e 7, con l'Università degli Studi di Genova, che contribuirà ai tasks 3 e 7, con l'ENEL (ENEL Ricerca, Polo Idraulico e Strutturale, Milano), che contribuirà ai tasks 4 e 7 e con l' Istituto di Ricerche sulla Combustione del CNR, che contribuirà ai tasks 5 e 7.

X coordina il Task      x partecipa al Task

Il Task 1 prevede una valutazione critica dell'input sismico standard basato sulle norme in vigore in Italia in relazione ai sistemi infrastrutturali ed ambientali considerati, ottenuto per mezzo di formulazioni empiriche valide a scala nazionale o calibrate ad hoc per la zona su cui si effettueranno studi dettagliati. Si esaminerà, in particolare, la rilevanza di effetti normalmente trascurati, quali:

• il non sincronismo sulle strutture estese (in particolare i viadotti) mediante studi teorici e stima dei fattori correttivi (topografia della valle, riempimento sedimentario, non stazionarietà) attraverso simulazione numeriche (differenze finite 2D e 3D);

• lo studio dettagliato del moto del suolo e della sua variabilità nelle vicinanze della sorgente sismica al variare dei parametri di sorgente sismica (magnitudo, meccanismo focale, direttività, rottura in superficie);

• l'approccio deterministico per siti selezionati nella zona test (ponti e viadotti, edifici petrochimici), compresa la valutazione dell'effetto di sito attraverso esperimenti sul terreno e la sua modellazione mediante codici alle differenze finite.

Verrà sviluppato (Task 2) un criterio di catalogazione delle caratteristiche essenziali dell'ambiente fisico interagente con le infrastrutture ai fini di valutazioni preliminari su scala territoriale dello stato di rischio diretto e indotto. A tal fine ci si propone di irrobustire, numericamente e qualitativamente, il catalogo esistente (CEDIT) attraverso studi di nuove fonti storiche e confronti con altri cataloghi. I dati strumentali relativi ai terremoti più recenti saranno di supporto a correlazioni, più attendibili di quelle tradizionali, tra parametri sintetici del moto e parametri rappresentativi del meccanismo innescabile. Verranno raccolte e descritte, sotto forma di linee-guida, le metodologie disponibili per l'analisi numerica di vulnerabilità e rischio, definendo criteri per una valutazione comparativa delle potenzialità di previsione in relazione al grado di approfondimento della caratterizzazione sismologica e geotecnica . Nell'ambito dell'area-campione (Task 7) si prevede la definizione di uno scenario territoriale di potenziali effetti indotti sull'ambiente fisico (limitatamente ai fenomeni franosi, di liquefazione e subsidenza) in accordo allo scenario di scuotibilità fornito dal task 1. Verranno selezionati uno o più siti, interagenti con le infrastrutture-campione, da sottoporre ad analisi del rischio, ricorrendo a metodi numerici di complessità crescente col grado di sofisticazione della caratterizzazione del sottosuolo e dell'evento di riferimento.Tra le varie tipologie dei meccanismi di instabilità dei pendii, verranno esaminate nel dettaglio quelle di interesse prevalente in fase sismica. Sui versanti più rappresentativi di rischi di questo genere nell'area-campione andranno effettuate e confrontate valutazioni semplificate (analisi pseudo-statiche) e approfondite (analisi dinamiche con metodi alla Newmark, FEM, FDM) del danno conseguente all'eventuale collasso. Per alcuni tipi di infrastrutture, andrà esaminata la possibile conversione del danno indotto in rischi significativamente più elevati (e.g. la caduta di grossi volumi di terreno in invasi).

Nei riguardi del fenomeno di liquefazione, verranno individuati nell'area-campione depositi di terreno incoerente saturo con potenziale comportamento metastabile (collasso post-sismico) o instabile (collasso in fase sismica), a contatto con le infrastrutture prescelte o facenti parte di esse (p. es. nell'ambito della zona satura di una diga in terra). In casi del genere, le previsioni con i tradizionali criteri empirici non è detto che risultino sufficientemente attendibili, e dovranno essere raffrontate con quelle di metodi più sofisticati (analisi dinamiche non lineari accoppiate, con integrazioni passo-passo), laddove supportate da caratterizzazione sperimentale adeguata del legame costitutivo.

Relativamente al fenomeno della subsidenza, nell'area-campione verranno selezionati prioritariamente depositi di terreni fini con elevati spessori, per i quali la riconsolidazione post-sismica può essere anche molto ritardata nel tempo, con aggravio del danno complessivo. Su di essi andranno confrontati i risultati di previsioni semplificate con quelli di metodi numerici sofisticati (p.es. FEM o FDM con analisi accoppiata) e con eventuali osservazioni. Nel caso di terreni granulari non liquefacibili verrà investigato il potenziale innesco di cedimenti a breve termine.

Per tutte le fenomenologie esaminate, verranno infine considerate e valutate analiticamente anche le possibili strategie di intervento per la riduzione del rischio.

Per quanto attiene alle reti viarie (Task 3), il progetto comprende: la messa a punto del procedimento affidabilistico  per la valutazione della sicurezza sismica di una rete viaria, l'impiego di modelli avanzati per la quantificazione della pericolosità e per la simulazione del moto sismico atteso, il perfezionamento di  modelli meccanici per la vulnerabilità di elementi e strutture, l'acquisizione dei dati necessari per l'esecuzione della analisi affidabilistica, nella forma di anagrafe informatizzata comunicante con i moduli di elaborazione, l'esecuzione della analisi con riferimento ai dati della rete stradale ANAS, con particolare riferimento all'area oggetto di studio di scenario (Task 7). La messa a punto del metodo affidabilistico non presenta novità concettuali di rilievo; a seconda della effettiva complessità della rete quale risulterà dai rilevamenti, il sistema serie-parallelo che rappresenta la rete verrà risolto con metodi numerici (tecniche FORM/SORM) oppure con procedimenti di simulazione. Il comportamento di elementi strutturali in c.a. non progettati per l'azione sismica verrà approfondito attraverso prove sperimentali e modellazione numerica. Le prove riguarderanno elementi di pila inadeguati per difetti di armatura a taglio, di confinamento e per insufficiente ancoraggio delle barre. La modellazione numerica porterà ad uno studio di sviluppo più avanzato il codice di calcolo nonlineare già disponibile, introducendovi meccanismi di degrado dovuti alla apertura delle staffe per la pressione radiale esercitata dal conglomerato, ed allo scorrimento delle barre per perdita di aderenza. Ponti a telaio fortemente iperstatici, ponti ad arco, in muratura ed in cemento armato, saranno oggetto di studi numerici di vulnerabilità a diverso livello di raffinatezza. Il sistema costituito dalle spalle di un ponte, dal terreno ad esse retrostante e dalle loro fondazioni costituisce notoriamente un elemento ad elevata vulnerabilità, eppure risulta spesso modellato in modo troppo semplificato e non realistico, quando non ignorato.  Verranno sviluppati modelli più accurati, che consentano una valutazione sia della vulnerabilità del sistema-spalle sia della interazione tra deformabilità delle spalle e risposta del ponte. La catalogazione informatizzata costituisce un aspetto di importanza e di impiego rilevanti nel contesto dell'intero studio della rete, in quanto le sue caratteristiche di completezza e di sinteticità condizionano rispettivamente l'attendibilità e l'onere della fattibilità dello studio stesso. La definizione del modello concettuale di sistema informatico comporterà in primo luogo la individuazione delle basi cartografiche di riferimento, quindi la definizione di schede di rilevamento delle singole opere d'arte, del contesto geologico e geotecnico ad esse associato, e delle zone di potenziale dissesto dell'ambiente fisico. Riguardo ai prodotti della ricerca, occorre distinguere tra prodotto complessivo e contributi innovativi ai diversi aspetti che intervengono nello studio. Questi ultimi sono molto numerosi e comprendono uno spettro specialistico molto ampio cui si è fatto cenno in quanto precede. Nel prodotto complessivo si distingue l'aspetto metodologico, che è generale per le reti viarie e quindi applicabile in futuro ad altre infrastrutture dello stesso tipo, e l'aspetto applicativo concreto. Questo consiste nella stima della affidabilità sismica della rete stradale dell'area oggetto di scenario, stima che può venire espressa, a seconda delle esigenze, in probabilità di superamento di prefissati livelli di riduzione di esercizio, fino alla sospensione di esso, tra punti generici di ingresso e uscita dalla rete, in termini di frequenza media annuale o di probabilità condizionata ad un particolare evento o scenario.

Per quanto riguarda le reti elettriche (Task 4), si perfezioneranno gli strumenti già sviluppati da alcuni dei proponenti per la valutazione del rischio e per la riduzione della vulnerabilità, soprattutto in relazione all'acquisizione di dati.

Più in dettaglio, si prevede la raccolta dei dati dell'intera rete elettrica italiana ad alta e media tensione (>150 kV), necessari per la valutazione del rischio (localizzazione geografica delle stazioni e loro caratteristiche, flussi erogati verso reti di più basso livello o le potenze fornite dalla produzione, estremi connessi delle linee e caratteristiche elettriche quali impedenza, ammettenza, ecc.), nonché la raccolta dei dati disponibili relativi alle curve di “fragility” dei componenti delle stazioni distinti per tipo e per classe. Tutti questi dati dovranno essere inseriti in una banca dati interfacciata con il programma di valutazione della sicurezza.

Si intende inoltre affinare la conoscenza sulle resistenze di alcuni componenti, attraverso analisi con modelli ad elementi finiti ed indagini sperimentali per identificare accuratamente le caratteristiche meccaniche dei materiali ceramici. Con riferimento poi ai modelli di risposta di reti ed alla valutazione deterministica e probabilistica della sicurezza, si prevede di affinare il programma già disponibile, inserendovi delle strategie di riattivazione della rete dopo il sisma, per ottenere una configurazione della rete di lunga durata, che consenta anche una stima temporale della durata della mancanza di alimentazione ("durata del guasto"). Un'applicazione della procedura sarà quindi fatta nell'area campione scelta per il programma. Questa applicazione prevederà anche la valutazione degli effetti della riduzione della vulnerabilità di alcune tipologie di componenti o di alcune stazioni di importanza cruciale.

Si prevede infine di individuare i dispositivi più adatti per la protezione sismica di apparecchiature AT, caratterizzarne meccanicamente il comportamento anche utilizzando i risultati di prove sperimentali e sviluppare metodologie di progetto da inserire in un manuale di progettazione corredato di numerosi esempi. Si prevede ancora di studiare le potenzialità offerte dagli isolatori elettrici realizzati con materiali fibro-rinforzati in sostituzione di quelli in porcellana, anche attraverso prove sperimentali di caratterizzazione ciclica.

In considerazione dello spettro estremamente esteso del tema, la parte del progetto relativa agli impianti industriali (Task 5) è articolata su due linee principali: la vulnerabilità di strutture prefabbricate di grande luce e la vulnerabilità di impianti per lo stoccaggio e alla trasformazione di gas e liquidi infiammabili (depositi e raffinerie) con la valutazione delle conseguenze sulla popolazione dei fenomeni esplosivi e degli incendi originati dalla fuoriuscita accidentale di sostanze infiammabili da unità di impianto.

Per quanto riguarda la vulnerabilità delle strutture prefabbricate il programma di ricerca parte da una classificazione delle tipologie strutturali prodotte in Italia soprattutto negli anni 60' e 70' in funzione dei potenziali fattori di vulnerabilità (connessioni, fondazioni, etc.). In parallelo, si porgerà particolare attenzione alle problematiche che riguardano questa tipologia strutturale; in particolare si svilupperanno spettri di spostamento atteso che governano il possibile collasso per deficienze degli appoggi di collegamento e spettri di input verticale con particolare riferimento alle tipologie spingenti. In seguito, si svilupperà un modello di risposta di strutture prefabbricate capace di tenere in considerazione i meccanismi di collasso probabili in strutture di vecchia concezione o progettate in assenza di normativa sismica. L'impiego di tale modello consentirà di effettuare una vulnerabilità di dettaglio con metodi semi-quantitativi di questa tipologia strutturale e di sviluppare metodologie di verifica speditive basate sul metodo degli spostamenti. In conclusione, verranno studiate e verificate sperimentalmente metodologie di rinforzo ed adeguamento sismiche basate sull'impiego di compositi avanzati (FRP).

Per quanto riguarda la vulnerabilità degli impianti petrolchimici, il programma di ricerca parte da una definizione di schemi tipo di impianti petrolchimici ed estrapolazione delle tipologie strutturali critiche nel comportamento sismico. A ciò si affianca la raccolta dei dati disponibili relativi alle curve di “fragility” dei componenti costituenti gli impianti in Italia. Specifici modelli di risposta in campo nonlineare per strutture in acciaio con carichi concentrati o sospesi e per serbatoi verranno sviluppati includendo i fenomeni di interazione terreno struttura. L'impiego dei modelli e dell'input consentiranno valutazione delle vulnerabilità mediante l'impiego di curve di fragility e valutazioni della vulnerabilità di dettaglio di tipologie campione. Particolare attenzione verrà rivolta alla valutazione di scenari di contaminazione legate al rilascio di sostanze pericolose dagli impianti.  Verrà considerata la dispersione nell'atmosfera con la formazione di nubi di vapore o pozze di liquido e successivamente la possibilità di esplosione della nube, o di incendio della nube con danni dovuti alla radiazione termica generata. Anche la pozza di liquido, una volta incendiatasi, genera danni sull'ambiente circostante per effetto della radiazione.  La costruzione dello scenario verrà effettuata mediante opportuni modelli di calcolo disponibili in letteratura e/o commercialmente. Infine, la valutazione dell'esposizione della popolazione al rischio industriale è effettuata sovrapponendo i risultati dell'analisi delle conseguenze su mappe cartografiche. In conclusione verranno definite  metodologie e tecniche di riduzione della vulnerabilità dei serbatoi basate sull'impiego di compositi avanzati per il confinamento ed il cerchiaggio delle strutture.

Il tema della vulnerabilità delle dighe in terra (Task 6) prevede la catalogazione e descrizione delle metodologie disponibili per l'analisi numerica della risposta sismica di dighe in terra, e quindi la valutazione comparativa delle relative potenzialità di previsione in relazione alla caratterizzazione sismica ed a quella geotecnica.

In seguito verrà selezionata una infrastruttura campione ricadente nell'area prescelta per l'intero progetto (area del Sannio-Matese) o nelle sue immediate vicinanze. Tale infrastruttura sarà sottoposta ad analisi del rischio, ricorrendo a metodi di complessità crescente in termini di studio di pericolosità del sito e vulnerabilità sismica della infrastruttura.

Il programma operativo verrà sviluppato in più fasi:

• catalogazione, descrizione ed esame dei principali meccanismi di deformazione permanente e di rottura riscontrati per le dighe di terra, con particolare riferimento agli aspetti sismici;

• catalogazione, descrizione e valutazione comparativa di metodi di analisi;

• selezione dell'infrastruttura campione più idonea, nell'area del Sannio-Matese o nelle sue prossimità

• analisi della pericolosità sismica dell'area e determinazione delle azioni di riferimento (task 1);

• analisi delle caratteristiche meccaniche dei terreni (corpo diga e sottosuolo), mediante reperimento dati esistenti ed integrazione con indagini ad hoc;

• modellazione numerica della risposta sismica dell'infrastruttura alle azioni sismiche previste, mediante metodi di differente complessità

• analisi degli elementi critici del comportamento sismico della diga campione ed individuazione delle strategie d'azione per la riduzione del rischio sia nella fase di esercizio dell'opera che nella fase post-evento. Per quest'ultimo aspetto, definizione di linee guida per le attività di “survey” con particolare riferimento ai problemi di erosione interna che si possono attivare durante il sisma;

• definizione di eventuali metodi semplificati di analisi da applicare estensivamente ai manufatti della stessa tipologia della diga campione, per una valutazione del rischio sismico di prima approssimazione.

Di fondamentale importanza per l'affidabilità delle analisi di risposta sismica sarà la valutazione degli stati tensionali preesistenti all'evento, cioè quelli indotti da fasi costruttive, primo invaso, variazioni nel tempo del livello d'acqua nel serbatoio, eventuale evoluzione nel tempo delle proprietà dei materiali da costruzione. Per la valutazione del rischio della infrastruttura campione si prevede di introdurre nelle analisi più evolute anche la modellazione del comportamento meccanico del terreno in condizioni di saturazione variabile.

Lo sviluppo di uno strumento informatico territoriale e la preparazione di uno scenario post-sismico sull'area campione sono accorpati insieme in un unico task (Task 7).

Il G.I.S sarà sviluppato su piattaforma NT con software ArcInfo e Oracle ed sarà atto ad archiviare tutti i dati descrittivi di input sismico ed effetti di sito, degli effetti indotti sull'ambiente fisico e delle opere e sistemi infrastrutturali. Il sistema prevederà la possibilità di georeferenziare tutti i dati rispetto al sistema di riferimento nazionale, di acquisire e gestire dati provenienti dalla rete ASI, e da stazioni GPS permanenti o mobili.

Saranno predisposti interfaccia che consentano forme automatiche di collegamento a programmi esterni, sviluppati nell'ambito del progetto, atti ad effettuare valutazioni di vulnerabilità e rischio sulla base dei parametri memorizzati nel sistema.

Sarà infine posta particolare cura nella definizione di elaborati di output che riproducano rappresentazioni cartografiche correlanti dati geografici, dati di natura descrittiva e dati di vulnerabilità e rischio risultanti da elaborazioni esterne.

Sono previste le seguenti tre fasi operative:

1.     Definizione dello schema logico e della struttura dei dati di base per lo sviluppo del sistema informativo.

Verranno recepiti gli standard informativi definiti nell'ambito dei task 1Lj, per il censimento e la valutazione della vulnerabilità delle infrastrutture (per elementi e per sistemi). Il progetto di sistema informativo, con un dettaglio esecutivo per quanto riguarda le basi dati esistenti e già acquisibili, verrà sottoposto a tutte le Unità di ricerca per le opportune integrazioni in modo da realizzare il progetto definitivo della struttura delle informazioni acquisite o ancora da acquisire.

2.    Completamento della struttura delle informazioni e prima elaborazione dei modelli sugli scenari.

In questa fase viene conclusa l'implementazione delle basi informative e vengono acquisiti i modelli di valutazione della vulnerabilità delle infrastrutture predisposti nei diversi task del progetto. Segue una prima realizzazione di tali modelli e della simulazione di scenari per la verifica di applicabilità nell'ambito territoriale prescelto (area campione del Sannio-Irpinia). La fase si conclude con la predisposizione di primi scenari parziali (per settori e ambiti territoriali) per la verifica di congruenza che le Unità di ricerca coinvolte devono effettuare per gli ambiti di propria competenza.

3.     Realizzazione finale dell'applicativo sugli scenari.

Sulla base delle verifiche per la messa a punto dei modelli di vulnerabilità effettuate nella fase precedente verrà completato l'applicativo di generazione degli scenari nell'area campione del Sannio-Irpinia. In particolare verranno seguiti due diversi approcci.

Il primo, di tipo probabilistico, in modo analogo a quanto già realizzato nelle mappe di rischio del patrimonio abitativo, fornirà una stima degli effetti indotti sull'ambiente fisico e dei danni attesi per le reti viarie, elettriche e gli impianti industriali, in conseguenza di eventi sismici in un prefissato periodo di tempo.

Il secondo, di tipo deterministico, sarà finalizzato alla gestione dell'emergenza post-terremoto: nel momento in cui vengono rese disponibili le caratteristiche (magnitudo e coordinate epicentrali) dell'evento verificatosi, l'applicativo è in grado di generare in tempo reale una serie di mappe e di tabulati relativi al danneggiamento previsto per le infrastrutture e a una stima dei tempi di ripristino (reti elettriche) o dei percorsi alternativi (reti viarie) o dei possibili effetti indotti sull'ambiente e sulla popolazione (impianti industriali). L'applicativo sarà basato sulla stima delle caratteristiche del moto del terreno ricavata dal task 1 e sui modelli di vulnerabilità di ambiente fisico e infrastrutture ricavati dai task 2, 3, 4, 5, e 6. La simulazione sarà facilmente estensibile dall'area campione al territorio nazionale a seconda della disponibilità di dati a tale scala.

Articolazione del progetto e organigramma

Task1

Input sismico ed effetti di sito

(A. Herrero, DSF - Università di Napoli “Federico II”)

Risultati attesi

• Calcolo dell'input sismico standard richiesto da altri tasks.

• Studio teorico del non sincronismo. Messa a punto del codice alle differenze finite in 3D.

• Messa a punto della radiazione completa per l'approccio cinematico. Messa a punto della stima del campo accelerometrico con l'approccio dinamico.

Interazioni con altri tasks

• Il task si pone a supporto di tutti gli altri, in quanto necessario alla definizione del moto atteso e delle sue caratteristiche particolari in relazione alla natura dell'infrastruttura considerata. Per quanto riguarda il task 7 verranno forniti gli elemento necessari al passaggio dalla vulnerabilità al rischio.

Prodotti

• Procedure per calcolare l'effetto del non sincronismo in casi generali. Linee guide per correggere le formule al variare dei fattori modificanti.

• Curve dei parametri accelerometrici in prossimità della sorgente e deviazione standard loro associata.

• Mappe di PGA e/o ordine di spettri di risposta nella zona test e loro deviazione standard su tempi caratteristici.

• Accelerogrammi tipici, curve di PGA e/o ordine di spettri di risposta e loro deviazione standard su tempi caratteristici per manufatti selezionati.

• Valutazioni locali dell'effetto di sito per siti selezionati.

Task 2

Vulnerabilità ambiente fisico

(F. Silvestri, DDS - Università della Calabria)

Risultati attesi

• Aggiornamento metodologie di catalogazione.

• Raccolta dati per correlazione moto sismico - fenomenologie attivate.

• Analisi numeriche con approcci semplificati.

Interazioni con altri tasks

• a monte: Task 1 (Input sismico ed effetti di sito);

• a valle:  Task 7 (GIS, catalogazione, scenario area campione);

• trasversale: Task da 3 a 6 (Vulnerabilità infrastrutture vere e proprie).

Prodotti

• Aggiornamento database con le fenomenologie indotte nei terremoti recenti. Studi di nuove fonti, e confronto con cataloghi di fenomenologie analoghe (liquefazione, frane non necessariamente sismoindotte).

• Studio delle correlazioni tra parametri del moto e fenomenologie attivate. Per i terremoti più recenti, per cui si dispone di database statisticamente più robusti, saranno analizzate le singole registrazioni strumentali al fine di derivare i parametri del moto del suolo  che meglio si correlino con l'innesco delle varie fenomenologie deformative rispetto alle tradizionali relazioni derivate a partire dai terremoti storici.

• Aggiornamento delle metodologie di catalogazione delle case histories (affinamento ed approfondimento del censimento CEDIT già disponibile) con l'obiettivo di integrare il data-base ai fini di valutazioni semplificate/preliminari (rilievi regionali 1:50.000, analisi pseudo-statiche) e approfondite/dettagliate (rilievi locali 1:5.000, analisi dinamiche).

• Descrizione e valutazione comparativa delle metodologie di analisi numerica della vulnerabilità dell'ambiente fisico, e conseguentemente delle relative potenzialità di previsione in relazione alla caratterizzazione sismica e geotecnica effettuate su siti interagenti con infrastrutture significative nell'area campione:

• Valutazioni di vulnerabilità con approcci semplificati (numero limitato di parametri, uso di correlazioni empiriche e analisi pseudo-statiche,) per:

• instabilità pendii (input: PGA/Arias, pendenze, parametri di resistenza medi, condizioni falda; output: fattori di  sicurezza, spostamenti, livelli di stabilità)

• liquefazione (input: PGA, granulometria, misure in sito di N_SPT / q_c / V_S, condizioni falda; output: potenziale di liquefazione)

• subsidenza (input: PGA, durata segnale, parametri di deformabilità, compressibilità, permeabilità output: sovrappressioni, entità e tempi di decorso cedimenti)

• Valutazioni di vulnerabilità con approcci approfonditi (caratterizzazione geotecnica di dettaglio, misure sperimentali accurate, analisi dinamiche) per:

• instabilità pendii (input: accelerogramma, geometria, legame tensio-deformativo, condizioni falda; output: variabili tensio-deformative, spostamenti accumulati)

• liquefazione, subsidenza (input: accelerogramma, legame costitutivo in tensioni effettive, condizioni falda; output: stati tensionali e deformativi nel tempo)

Sulla scorta dei risultati ottenuti, verranno indicati i possibili protocolli di intervento di riduzione del rischio, con sistemi preferibilmente estensivi (ecocompatibili), nonché criteri di valutazione comparativa tra diverse tecniche (p.es. di miglioramento o rinforzo dei terreni) basati su parametri rappresentativi dell'efficacia dell'intervento (p.es. rapporti tra coefficienti di sicurezza o valori massimi di accelerazioni o spostamenti con e senza intervento).

Task 3

Vulnerabilità reti viarie

(P.E. Pinto, UniRM1-DISeG)

Risultati attesi

• strumenti metodologici per la valutazione di vulnerabilità e rischio:

• input con contenuti particolari a causa della distanza dalla sorgente;

• input non sincrono;

• definizione di spettri di spostamento, soprattutto per lunghi periodi di vibrazione;

• modelli strutturali a diversi livelli di complessità per i casi di pila considerati;

• modelli geotecnici per stabilità di rilevati;

• strumento informatico di catalogazione delle linee viabilistiche con particolare enfasi sulle opere d'arte e sulle situazioni di possibile dissesto dell'ambiente fisico, inclusi i parametri necessari a valutazioni di vulnerabilità e di rischio.

Prove sperimentali

• prove in laboratorio su pile di ponte a grande scala (dell'ordine di 1:4), in situazione as built e rinforzata (per un totale di circa 15 prove).

Interazioni con altri tasks

• caratteristiche dell'input da task 1;

• modelli per interazione con il terreno da task 2;

• fornitura di parametri e programmi applicativi a  Task 7;

• fornitura delle valutazioni di vulnerabilità al task 7.

Prodotti

• strumenti metodologici per la valutazione di vulnerabilità e rischio:

• input con contenuti particolari a causa della distanza dalla sorgente;

• input non sincrono;

• definizione di spettri di spostamento, soprattutto per lunghi periodi di vibrazione;

• modelli strutturali a diversi livelli di complessità per i casi di pila considerati;

• modelli geotecnici per stabilità di rilevati;

• strumento informatico di catalogazione delle linee viabilistiche e ferroviarie con particolare enfasi sulle opere d'arte e sulle situazioni di possibile dissesto dell'ambiente fisico, inclusi i parametri necessari a valutazioni di vulnerabilità e di rischio;

• linee guida per la valutazione della vulnerabilità sismica dei ponti, con particolare attenzione a:

• pile a telaio;

• pile cave;

• ponti a telaio (con vincoli monolitici tra pile e impalcato);

• ponti ad arco in c.a.;

• ponti ad arco in muratura;

• strumenti informatici per la valutazione di vulnerabilità e rischio, interfacciati con il programma di catalogazione:

• input con contenuti particolari a causa della distanza dalla sorgente;

• input non sincrono;

• definizione di spettri di spostamento, soprattutto per lunghi periodi di vibrazione;

• modelli strutturali a diversi livelli di complessità per i casi di pila considerati;

• modelli geotecnici per stabilità di rilevati.

Task 4

Vulnerabilità reti elettriche

(R. Giannini, Università di Roma 3)

Risultati attesi

• raccolta dei dati della rete ENEL ad alta e media tensione (>150 kV) relativi alle sottostazioni di trasformazione ed alle caratteristiche delle linee necessari per la valutazione del rischio;

• raccolta dei dati già disponibili dall'ENEL ed in letteratura relativi alle curve di fragility dei componenti delle sottostazioni divisi per tipo e per classe;

• individuazione dei dispositivi ritenuti più adatti per la protezione sismica delle apparecchiature elettriche presenti nelle sottostazioni e dei relativi costi;

• sviluppo di modelli agli elementi finiti delle apparecchiature esistenti nelle sottostazioni per la valutazione della loro vulnerabilità.

Prove sperimentali

• prove sperimentali sui materiali ceramici ed alternativi (fibro-rinforzati).

Interazioni con altri tasks

• richiede input dal task 1 per l'acquisizione dei dati e di modelli accurati per la valutazione della pericolosità sismica dei siti di localizzazione delle stazioni;

• fornisce output al task 3 mediante la fornitura dei dati acquisiti per l'inserimento nel sistema informativo territoriale e per la procedura di valutazione del rischio;

• richiede input dal task 8 per l'acquisizione di dati specifici dell'area e la  fornitura di dati dettagliati della rete relativi all'area e fornisce in output i risultati della valutazione del rischio.

Prodotti

• banca dati delle caratteristiche elettriche e meccaniche della rete e delle stazioni;

• procedura informatica per la valutazione dei rischi conseguenti ad azioni sismiche;

• manuali per l'uso degli strumenti forniti;

• prescrizioni prenormative per la progettazione del nuovo e l'adeguamento dell'esistente;

• risultati delle applicazioni all'area campione, valutazione dei rischi e dell'efficacia degli interventi.

Task 5

Vulnerabilità impianti industriali

(G. Manfredi, DAPS - Università di Napoli “Federico II”)

Risultati attesi

• database di classificazione delle tipologie prefabbricate più comuni esistenti sul territorio nazionale;

• database di classificazione delle tipologie strutturali presenti negli impianti petrolchimici di stoccaggio e di produzione;

• indicazioni sui modelli di calcolo e sui software di rischio più diffusi per la valutazione delle conseguenze di incidenti industriali;

• database di classificazione delle tipologie prefabbricate più comuni esistenti sul territorio nazionale;

• database di classificazione delle tipologie strutturali presenti negli impianti petrolchimici di stoccaggio e di produzione;

• indicazioni sui modelli di calcolo e sui software di rischio più diffusi per la valutazione delle conseguenze di incidenti industriali.

Interazioni con altri tasks

• da task 1: caratterizzazione di dettaglio dell'input sismico critico per le tipologie in esame: spettri in spostamento per la verifica al collasso dovuto a limitata capacità degli appoggi, effetti della componente verticale con particolare riferimento alle tipologie spingenti, effetti di nonsincronismo su strutture con assenza di collegamento in fondazione;

• fornitura di parametri e programmi applicativi a task 7;

• fornitura delle valutazioni di vulnerabilità al task 7.

Prodotti

• database di classificazione delle tipologie prefabbricate più comuni esistenti sul territorio nazionale;

• linee guida per la valutazione della vulnerabilità di strutture prefabbricate di grande luce esistenti ed underdesigned;

• database di classificazione delle tipologie strutturali presenti negli impianti petrolchimici di stoccaggio e di produzione;

• linee guida per la valutazione delle conseguenze di eventi catastrofici in relazione ad eventi sismici agenti su impianti petrolchimici: casi studio;

• indicazioni sui modelli di calcolo e sui software di rischio più diffusi per la valutazione delle conseguenze di incidenti industriali;

• definizione di parametri sintetici di valutazione del potenziale di rischio e della vulnerabilità di impianti petrolchimici per una più dettagliata classificazione degli impianti industriali in relazione al rischio sismico;

• linee guida per la riduzione della vulnerabilità dei serbatoi: casi studio.

Task 6

Vulnerabilità dighe in terra

(F. Vinale, DIG - Università di Napoli “Federico II”)

Risultati attesi

• catalogazione, descrizione ed esame dei principali meccanismi di rottura nelle dighe di terra;

• catalogazione, descrizione e valutazione comparativa delle metodologie di analisi numerica;

• selezione dell'infrastruttura campione;

• acquisizione dati diga;

• analisi dati monitoraggio diga in fase di costruzione ed in condizioni di esercizio.

Prove sperimentali

• studio sperimentale integrativo dei terreni del corpo diga e di fondazione;

• prove in situ (cross hole down hole e SASW) e in laboratorio (statiche, cicliche e dinamiche che consentono di eseguire prove su terreni naturali e da costruzione sia in condizioni di saturazione totale sia in condizioni di suzione controllata).

Interazioni con altri tasks

• Task 1 - analisi della pericolosità ed alla determinazione delle azioni sismiche di riferimento (task1: unità Uni NA-DSF, con la collaborazione di Uni NA-DIG e Uni CAL-DDS);

• modelli di risposta del terreno in collaborazione con Task 2.

Task 7

Produzione del GIS, catalogazione a livello nazionale e scenario area campione

(R. Galetto, DIET - Università di Pavia)

Risultati attesi

• definizione del modello concettuale di sistema informativo;

• individuazione delle basi cartografiche di riferimento;

• individuazione delle tipologie di opere e sistemi infrastrutturali e dei dati da collegare a ciascun tipo di opera;

• definizione del modello ottimale di data base contenente i  dati grafici e descrittivi individuati;

• definizione delle interrogazioni da attuare sui dati;

• recepimento di standard informativi definiti nell'ambito dei task 1Lj, per il censimento e la valutazione della vulnerabilità delle infrastrutture (per elementi e per sistemi);

• acquisizione di dati in situ su infrastrutture ed ambiente fisico (prima fase).

Prove sperimentali

• acquisizione di dati in situ su infrastrutture ed ambiente fisico (completamento).

Interazioni con altri tasks

• tutti i prodotti dei tasks, in termini di vulnerabilità e rischio confluiranno nel sistema;

• i programmi applicativi speditivi sviluppati per la valutazione di vulnerabilità e rischio verranno interfacciati al sistema.

Prodotti

• strumento informatico territoriale (GIS);

• stima probabilistica degli effetti indotti sull'ambiente fisico e dei danni attesi per le reti viarie, elettriche e gli impianti industriali, in conseguenza di eventi sismici con prefissato periodo di ritorno;

• produzione di mappe e tabulati per la gestione dell'emergenza: danneggiamento previsto per le infrastrutture e  dei tempi di ripristino (reti elettriche) o dei percorsi alternativi (reti viarie) o dei possibili effetti indotti sull'ambiente e sulla popolazione (impianti industriali).

Unità di ricerca partecipanti