Programma Quadro 2000 - 2002

VIA - Riduzione della vulnerabilità sismica di sistemi infrastrutturali e ambiente fisico

(G. M. Calvi)

 

Scopo del progetto

 

Il progetto si propone di sviluppare metodologie per valutare il rischio sismico dei principali sistemi infrastrutturali e dell'ambiente fisico attraverso metodi osservazionali e analitici. Tali metodi vengono sviluppati sulla base delle esperienze acquisite e in seguito applicati per una validazione finale ad un un'area campione collocata tra le province di Avellino e Benevento. Vengono inoltre affrontate le tematiche relative allo sviluppo di tecniche per la riduzione del rischio. I sistemi infrastrutturali considerati sono: le reti viarie, le reti elettriche, gli insediamenti industriali, le dighe e le opere di sostegno. A completamento degli studi è stato realizzato un sistema informativo territoriale (GIS) per la consultazione dell'enorme mole di dati acquisiti nel corso del progetto e la simulazione di possibili scenari di danno sull'area campione a seguito di eventi sismici all'interno dell'area stessa

 

 

Elenco prodotti

 

Prodotto 1

Input sismico

Descrizione

Descrizione dei metodi usati per la stima della pericolosità (Approccio deterministico,  approccio probabilistico, de-aggregazione e terremoto di controllo, selezione dati). Valutazione della pericolosità sismica per la zona test (Quadro sismo tettonico). Valutazione  della  sismicità storica e strumentale (Pericolosità a grande scala, Terremoti chiavi, Input sismico specifico alla zona test,  Input sismico per edifici isolati,  Input sismici per strutture lineare, Input sismico per strutture aerale). Trattazione del problema del moto asincrono per l'area campione  (Teoria per un onda piana in un mezzo omogeneo, metodo numerico)

Versione finale

Vengono forniti i parametri per la valutazione puntuale della pericolosità su supporto cartaceo e su cd-rom

Utilità per la protezione civile

Valutazione accurata della pericolosità dell'area campione sulla quale basare future stime del rischio. Supporto e integrazione al sistema GIS (vedi in seguito) per valutazioni on-line degli effetti di eventi

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Prodotto 2

Vulnerabilità dell'Ambiente Fisico

Descrizione

Zonazione a livelli. Nel Livello I si sono dapprima validate le correlazioni tra magnitudo e distanza di attivazione per frane di diversa tipologia  su dati storici dei cataloghi nazionali CEDIT (per i fenomeni deformativi) e NT4.1 (per gli eventi sismici). E' stato poi definito un parametro sintetico di Rischio Storico Relativo, RHR, che ha permesso la produzione di mappe GIS relative alle diverse tipologie di meccanismo attivabili (crolli, scorrimenti, colate). Per i livelli successivi di zonazione (II e III), sono stati eseguiti nell'area campione diversi rilevamenti geologici e geomorfologici, accompagnati dallo studio della cartografia esistente e dall'analisi di foto aeree ed ortofotocarte, che hanno consentito la redazione di carte geologiche e geomorfologiche digitali, a scale di dettaglio variabili da 1:25.000 e 1:10.000 (Livello II) fino a 1:2.000 (Livello III). Ad ogni formazione omogenea sotto il profilo geo-litologico sono stati associati valori tipici della profondità della falda (zw) e della probabile superficie di scorrimento (z). Tutte le frane sono state rilevate e catalogate con un modello di scheda appositamente messo a punto per il progetto. Per la caratterizzazione geotecnica delle differenti unità litologiche, si è ricorso alla raccolta e la sintesi di un gran numero di dati provenienti da indagini in sito e prove di laboratorio eseguite nell'area campione, acquisiti dagli UU.TT. degli 11 comuni ricadenti nell'area. Si è pervenuti così a carte della distribuzione dei parametri fisico-meccanici (peso unità di volume g, parametri di resistenza c' e φ') necessari per le analisi di stabilità con metodi pseudo-statici.  Le analisi di Livello III sono state condotte su uno dei siti più vulnerabili nell'area campione. E' stato poi seguito un approccio probabilistico per valutare gli spostamenti, basato su curve di pericolosità generate dall'unità di ricerca dell'INGV. Le ordinate sono state moltiplicate per il fattore di amplificazione di sito per ottenere i valori attesi dell'accelerazione amplificata k (Fig. 4a).  Sviluppo degli studi effettivo nel progetto, confronti con programma iniziale

Versione finale

Metodologie di analisi del rischio e zonazione, Livello I. Analisi empirica (dati storici + correlazioni, scala regionale) cataloghi database (terremoti e danneggiamenti storici), correlazioni magnitudo-distanza di attivazione, fogli elettronici, manuali operativi per routine GIS e presentazioni output Livello II. Analisi pseudo-statica (scenario di pericolosità con approccio deterministico, carte di vulnerabilità, correlazioni in termini di spostamenti) Analisi Livello II: organizzazione database (fogli elettronici, schede), formulari per analisi di pericolosità e vulnerabilità, manuali operativi per routine GIS e presentazioni output. Sistema interattivo SISDRA Livello III. Analisi dinamica semplificata (analisi locale di pericolosità con approccio probabilistico, calcolo di spostamenti con metodi dinamici semplificati) dati input (curve di pericolosità, accelerogrammi, modello pendio), descrizione software (analisi dinamiche semplificate di risposta sismica locale, modello di blocco rigido), presentazioni output (curve fragilità, accelerogrammi, spostamenti permanenti Livello IV. Analisi dinamica avanzata (analisi dinamica tensioni-deformazioni). Applicazione all'area di studio Livello I. Correlazioni regionali; Carte del rischio storico relativo. Livello II. Relazioni geologiche; Schede frane esistenti; Carte dei parametri del terreno, accelerazioni critiche, spostamenti attesi; Valutazione delle correlazioni. Tipologie di interventi di stabilizzazione: scelta, dimensionamento e verifica

Utilità per la protezione civile

Analisi a livello differenziato del rischio sull'ambiente fisico.Linee guida per gli interventi di riduzione del rischio. Possibile estensione ad aree di maggiori dimensioni

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Report Task 2: analisi e zonazione di instabilità dei versanti naturali in condizioni sismiche (17.7Mb, file pdf)

 

Database utilizzato (10.6Mb, file zip)

 

Progetti Arcview per le zonazioni di livello 1 e 2 (75.2Mb, file zip)

 

Linee-guida - Interventi di riduzione del rischio di instabilità dei pendii: tipologie e metodi di dimensionamento (8.06Mb, file pdf)

 

 

Prodotto 3

Sviluppo del GIS

Descrizione

Acquisizione e gestione dei dati relativi a cartografia del territorio, viabilità delle maggiori linee di comunicazione, linee di trasporto dell'energia elettrica, grandi complessi industriali e dighe. Acquisizione dei dati derivanti da stazioni GPS permanenti e mobili. Catalogazione di dati relativi ai sistemi infrastrutturali. Acquisizione di dati relativi alla pericolosità ed implementazione di modelli per il calcolo automatico in funzione dei dati caratteristici dell'evento (coordinate dell'epicentro, profondità e magnitudo), sviluppo di modelli per la valutazione dei danni conseguenti all'evento scelto. Rappresentazione sulle carte dei danni. Il prodotto principale è rappresentato dal GIS accessibile da web sfruttando tre diverse tecniche di sviluppo basate sulle seguenti piattaforme: ESRI software, ArcInfo e Web GIS Java based

Versione finale

La versione finale del WEB GIS prototipe è disponibile all'indirizzo http://geo-survey.unipv.it/WEBSITE/PROGETTOVIA/

Utilità per la protezione civile

Il prodotto è di grande utilità per effettuare valutazioni di scenario relative ad un particolare evento impostato via web. Vengono infatti restituite delle carte tematiche sulle quali vengono segnalate tutte le opere e del relativo livello di danno previsto. Benché il GIS implementato non sia direttamente esportabile ad altre aree rimane comunque il background acquisito per questa singolare applicazione delle tecniche GIS al caso della previsione del rischio che consentirà in futuro una rapida estensione a nuove aree di uguali dimensioni o anche maggiori

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Prodotto 4

Vulnerabilità delle reti viarie

Descrizione

Procedura di valutazione del rischio.

Prevede la definizione iniziale di stati limite, quali ad esempio: transitabilità consentita a tutti gli autoveicoli; transitabilità consentita solo ai mezzi di soccorso; transitabilità interrotta. Questi stati limite sono associati a predefiniti valori di variabili meccaniche come lo spostamento o la richiesta di duttilità in sommità delle pile, la curvatura nelle sezioni di base, etc. Il comportamento del ponte all'aumentare dei carichi orizzontali è ricavato per via numerica. Definito lo stato limite di riferimento, mediante uso di uno spettro di risposta in spostamento, si determina l'accelerazione al suolo in grado di determinarlo. La procedura sopra riportata è implementata in un codice di calcolo ed è stata applicata alle principali opere d'arte rilevate nell'area campione. E basata su un numero limitato di analisi dinamiche non lineari volte alla definizione statistica dei massimi della risposta strutturale, cui fa seguito la soluzione di un problema affidabilistico del tipo "time invariant". Essa tiene conto della correlazione esistente tra le domande e le capacità e di una generica logica di funzionamento del sistema. Applicazioni del metodo precedente sono state realizzate  allo studio degli effetti della variabilità spaziale del moto sismico su strutture da ponte. Oltre agli studi sulle singole strutture è stata inoltre implementata una procedura affidabilistica per la valutazione del funzionamento post-sisma di una rete infrastrutturale. Tra le diverse funzioni della rete stradale, i cui rami possono risultare inagibili in seguito del collasso dei ponti in essi compresi, quella considerata nello studio è la possibilità di espletare operazioni di soccorso agli edifici scolastici danneggiati. Per conseguire tale obiettivo è necessario che rimanga aperta la comunicazione tra le scuole e i centri di soccorso e gli ospedali ancora in grado di funzionare. Gli elementi necessari per lo studio comprendono le fragilità dei ponti, delle scuole, degli ospedali e dei centri di soccorso. Studi analoghi a quelli per ponti in c.a. sono stati realizzati anche per i ponti in muratura e per i muri di sostegno. Nel caso dei ponti in muratura è stato impostato uno studio articolato in fasi di progressivo approfondimento sulla modellazione dei meccanismi di collasso di ponti in muratura. Lo svolgimento ad oggi comprende: lo sviluppo di modelli semplificati per la valutazione della capacità portante di elementi singoli e di configurazioni semplici; l'applicazione di analisi dinamica elastica con spettro di risposta per la determinazione delle azioni massime di origine sismica su un ponte campione esistente. E' stata inoltre elaborata una scheda per il rilievo dettagliato delle caratteristiche geometriche, meccaniche e di degrado dei ponti in muratura. Per muri di sostegno è stato svolto uno studio per un tratto campione di strada lungo circa 10 km con l'applicazione di procedure sperimentali e teoriche per la determinazione della vulnerabilità sismica. In particolare sono stati effettuati:  il rilievo geometrico di rilevati stradali e muri di sostegno, sondaggi stratigrafici e prove SPT, prove con il dilatometro dinamico per la rigidezza a taglio, analisi dinamiche non-lineari per la verifica dei rilevati stradali, analisi pseudo-dinamiche per rilevati stradali e muri di sostegno

Versione finale

I dati relativi agli studi compiuti sono sintetizzati in un rapporto-linee guida per la valutazione. Sono inoltre resi disponibili gli strumenti di calcolo utilizzati per le valutazioni. Parte dei risultati sono integrati al GIS precedentemente descritto

Utilità per la protezione civile

Sono di grande interesse i risultati conseguiti in termini di strumenti di analisi sviluppati genericamente applicabili ai ponti in c.a. e muratura e ai sistemi infrastrutturali. L'implementazione nel GIS amplia le possibilità da strumento per la restituzione a strumento di analisi e previsione

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Prodotto 5

Vulnerabilità delle reti elettriche

Descrizione

Il prodotto fornito è frutto delle seguenti attiviità:

 

1) Raccolta dati relative alla rete italiana in alta e media tensione. I dati si riferiscono al zona del sud-Italia ovvero quella relative all'area campione.

2) Analisi dello stato dell'arte realtivo alla valutazione del rischio di della rete elettrica, dei metodi utilizzati e delle tecniche proposte nel passato per la riduzione del rischio. Particolare attenzione è stata rivolta alle curve di fragilità dei componenti delle sottostazioni di trasformazione dividendole per tipi e classi.

3) Identificazione del isolatori sismici utilizzati a scopo di riduzione del rischio sismico. Particolare attenzione è stata rivolta ai wire-rope frequentemente utilizzati nelle sottostazioni.

4) Analisi sperimentali  (presso il laboratorio  dell'università di Roma Tre) finalizzate alla identificazione delle curve di comportamento ciclico di isolatori con caratteristiche differenziate.

5) Estese attività sperimentali costituite da prove pseudostatiche in controllo di spostamento sono state condotte in laboratorio su isolatori elettrici e trasformatori di corrente della sottostazione di Valmontone (Italia). Le prove hanno permesso la loro caratterizzazione e lo studio delle modalità di collasso.

6) Analisi di fragilità dei componenti finalizzata alla definizione del rischio

Versione finale

Rapporto contenente i risultati ottenuti dalle attività sperimentali, dall'identificazione dei parametri caratteristici dei modelli. Calcolo delle curve di fragilità dei componenti di sotto stazione, valutazione del comportamento sismico di sistemi isolati. File contenente i dati raccolti relative. Software di calcolo ASK x HELP per la valutazione del rischio sismico delle reti elettriche con il relative manuale d'uso

Utilità per la protezione civile

I prodotti sopra elencati hanno un'immediata fruibilità presentando un studio particolareggiato sulla porzione di rete relativo all'area campione. Il software fornito ha invece un utilizzo generale

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Prodotto 6

Vulnerabilità degli edifici Industriali

Descrizione

- 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.

- 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 valutazione delle conseguenze di eventi catastrofici in relazione ad eventi sismici agenti su impianti petrolchimici: casi studio.

- Linee guida per la riduzione della vulnerabilità dei serbatoi: casi studio.

- 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.

- Database di classificazione delle tipologie prefabbricate più comuni esistenti sul territorio nazionale

Versione finale

Linee guida per la valutazione della vulnerabilità di strutture prefabbricate di grande luce esistenti ed underdesigned

Utilità per la protezione civile

Le linee guide costituisco uno strumento di utilizzo generale

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Prodotto 7

Vulnerabilità delle dighe in terra

Descrizione

Il programma operativo si è articolato in diverse fasi. Così come previsto dal progetto sono stati catalogati, descritti ed esaminati i principali meccanismi di deformazione permanente e di rottura riscontrati in tali opere causati da eventi sismici di forte intensità. L'attività ha consentito di inquadrare le problematiche legate alla risposta sismica di un diga in terra, indicando i meccanismi di collasso da considerare nella valutazione della sicurezza. Sono stati altresì catalogati, descritti e comparati i diversi metodi di analisi, cercando di definire per ciascuno di essi potenzialità e limiti nella valutazione della sicurezza rispetto a quei meccanismi di collasso evidenziati dal precedente studio. E' stata prodotto un notevole sforzo per identificare una diga campione che risultasse abbastanza rappresentativa del panorama di dighe presente in Italia, da un punto di vista tipologico, geometrico e delle caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali da costruzione; che fosse allo stesso tempo ben documentata riguardo le grandezze fisiche monitorate. L'opera rispondente ai requisiti anzi elencati è stata individuata nella diga di Ponte Fontanelle sul torrente Camastra, in provincia di Potenza. Il sito di ubicazione della diga era classificato non sismico all'epoca della realizzazione ed è stato successivamente riclassificato come zona sismica di II categoria. L'opera rappresenta pertanto un caso tipico in Italia di diga progettata senza adottare criteri antisismici e che attualmente deve ancora essere riqualificata (cioè verificata ed eventualmente adeguata) da un punto di vista sismico. L'opera pertanto appartiene alla tipologia di diga in terra zonata con nucleo centrale. Lo studio ha riguardato preliminarmente la caratterizzazione della cosiddetta "storia di carico", ovvero dell'evoluzione temporale delle condizioni al contorno associate alla costruzione,  all'invaso e ad eventi sismici. Successivamente l'informatizzazione, la rappresentazione e l'interpretazione delle prove di laboratorio eseguite sui materiali costituenti il corpo rilevato e delle misure realizzate nel corpo diga e al suo contorno, dalla fase costruttiva ad oggi (cedimenti interni; pressioni della fase liquida; componenti verticali di tensioni totali; misure di spostamenti al contorno). A seguito del sisma dell'Irpinia (M=6.8, distanza epicentrale 80 Km) l'opera non ha manifestato apprezzabili variazioni delle grandezze fisiche misurate, e in tal senso essa è stata già sottoposta ad una verifica di tipo sperimentale per un evento sismico che al sito di ubicazione dell'opera può essere considerato di media intensità. Oltre agli obbiettivi di progetto richiamati all'inizio, l'attività di ricerca ha cercato anche di caratterizzare il ruolo delle misure accelerometriche realizzate su dighe in terra, ovvero di individuare le rappresentazioni e le elaborazioni ottimali che consentano, attraverso tali misure, di cogliere alcuni aspetti del comportamento d'insieme della diga. Allo scopo la strumentazione di tipo statico è stata integrata con una rete accelerometrica costituita da 5 postazioni di misura, di cui tre ubicate in corrispondenza del coronamento e 2 ubicate in corrispondenza delle due formazioni rocciose di base su cui è fondata l'opera. Nel corso del progetto sono stati registrati, rappresentati ed analizzati 12 eventi sismici di debole intensità. La caratterizzazione sperimentale delle proprietà meccaniche dei materiali da costruzione è stata basata, oltre che sui risultati delle prove di laboratorio eseguite al tempo della costruzione, anche sui risultati di prove in sito eseguite nell'ambito del progetto. Le azioni sismiche di riferimento sono state utilizzate per la previsione del comportamento dell'opera in presenza di eventi sismici di forte intensità. La previsione teorica del comportamento sismico della diga è stata studiata attraverso i seguenti approcci:

 

- Analisi dinamica accoppiata della diga, assoggettata alla storia di carico statica e alle azioni sismiche di riferimento.

- Analisi pseudostatica della diga, assoggettata al cofficiente sismico previsto dalla vecchia normativa.

- Analisi pseudostatica della diga, assoggettata al cofficiente sismico "equivalente" ricavato dall'analisi dinamica della struttura sotto l'effetto delle azioni sismiche di riferimento.

- Analisi pseudostatica della diga, assoggetata agli stati tensionali previsti attraverso l'analisi dinamica accoppiata.

- Analisi pseudodinamica alla Newmark della diga, assoggettata alle azioni sismiche di riferimento al bedrock e alle azioni sismiche di riferimento modificate attraverso l'analisi dinamica

Versione finale

Rapporto sulle attività contenente i metodi da utilizzare per l'approccio alla valutazione del rischio delle dighe in terra basato sulle attività e sulle osservazioni sperimentali

Utilità per la protezione civile

I prodotti sopra elencati hanno un'immediata fruibilità presentando un studio particolareggiato sulle problematiche dell'area campione

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