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Centro Studi PLINIVSUniversità di Napoli
Domenico Liberatore1, Giulio Zuccaro2
1 Università di Roma “La Sapienza”2 Università di Napoli “Federico II”
La valutazione della vulnerabilità: dalle DPM basate sui dati rilevati nel sisma ’80 agli
attuali approcci numerico-meccanici
A trent’anni dal Terremoto dell’80 La Prevenzione del Rischio Sismico tra
Memoria e InnovazionePotenza, Venerdì, 19 Novembre 2010 Università degli Studi della Basilicata
Il rischio sismico
Il rischio sismico è la misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, diresistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo.
Il rischio sismico
Il rischio sismico è la misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, diresistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo.
Esso è determinato dalla combinazione della:
Il rischio sismico
Il rischio sismico è la misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo.
Esso è determinato dalla combinazione della:
- pericolosità sismica del territorio, rappresentata dalla frequenza e dall’intensità dei terremoti che lo interessano;
Il rischio sismico
Il rischio sismico è la misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo.
Esso è determinato dalla combinazione della:
- pericolosità sismica del territorio, rappresentata dalla frequenza e dall’intensità dei terremoti che lo interessano;
- vulnerabilità sismica, ossia la propensione di una struttura a subire un danno di un determinato livello a fronte di un evento sismico di una data intensità;
Il rischio sismico
Il rischio sismico è la misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione, ci si può attendere in un dato intervallo di tempo.
Esso è determinato dalla combinazione della:
- pericolosità sismica del territorio, rappresentata dalla frequenza e dall’intensità dei terremoti che lo interessano;
- vulnerabilità sismica, ossia la propensione di una struttura a subire un danno di un determinato livello a fronte di un evento sismico di una data intensità;
- esposizione; gli elementi esposti al rischio sono tutto ciò che è stato realizzato dall’uomo, la cui condizione e il cui funzionamento può essere danneggiato, alterato o distrutto dall’evento sismico.
Intensità MCS del terremoto Irpinia-Basilicata del 23/11/1980
Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia-Basilicata
Rilevamento a tappeto vulnerabilità e danno su 41 ComuniOltre 40.000 edifici rilevati
Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia-Basilicata
Scheda di rilevamento
Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia-Basilicata
Scheda di rilevamento
Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia-Basilicata
Scheda di rilevamento
Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia-Basilicata
Scheda di rilevamento
Analisi del danneggiamento del terremoto Irpinia-Basilicata
Scheda di rilevamento
La scala di intensità sismica Medvedev-Sponheuer-Karnik-76 (MSK-76)
Algoritmo di analisi basato sulla massimizzazione della funzione di verosimiglianza
Intensità sismica MSK
Algoritmo di analisi basato sulla massimizzazione della funzione di verosimiglianza
Classi di vulnerabilità
I EMS = 6 Classe A
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5
danno
p
I EMS = 6 Classe B
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5
danno
p
I EMS = 6 Classe C
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5
danno
p
I EMS = 7 Classe A
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5
danno
p
I EMS = 7 Classe B
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5
danno
p
I EMS = 7 Classe C
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5
danno
p
I EMS = 8 Classe A
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5
danno
p
I EMS = 8 Classe B
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5
danno
p
I EMS = 8 Classe C
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5
danno
p
Matrici di probabilità di danno (DPM)
Algoritmo di analisi basato sulla massimizzazione della funzione di verosimiglianza
La base della European Macroseismic Scale (EMS) è la scala Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK), che a sua volta si basa sull’esperienza dell’applicazione delle scale MCS, Modified Mercalli (MM) e Medvedev, nota anche come GEOFIAN.
La European Macroseismic Scale (EMS)
La base della European Macroseismic Scale (EMS) è la scala Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK), che a sua volta si basa sull’esperienza dell’applicazione delle scale MCS, Modified Mercalli (MM) e Medvedev, nota anche come GEOFIAN.
Con alcune piccole modifiche negli anni ’70 e ’80, la scala MSK è stata ampiamente utilizzata in Europa. Nei primi anni ’90, la European Seismological Commission (ESC) utilizzò molti dei principi formulati nella Scala MSK per lo sviluppo della EMS, che attualmente è lo standard per la valutazione dell’intensità in Europa.
La European Macroseismic Scale (EMS)
Gli obiettivi perseguiti dalla EMS sono:
- la robustezza della scala; piccole differenze nella valutazione del danno non devono indurre grandi differenze nella valutazione dell’intensità;
- il carattere locale dell’intensità, rappresentativa per un villaggio, una piccola città o parte di una grande città, ma non per un singolo edificio;
- la semplicità d’uso.
La European Macroseismic Scale (EMS)
Problemi specifici risolti dalla EMS sono:
- soddisfare le esigenze non solo sismologiche, ma anche ingegneristiche, grazie a una migliore definizione dei tipi edilizi, della corrispondente vulnerabilità e del danno;
- introdurre nuovi tipi di edifici, specialmente quelli progettati secondo norme sismiche (ERD: earthquake resistant design), non coperti dalle scale precedenti;
- definire una scala adatta anche alla valutazione dell’intensità di terremoti storici.
La European Macroseismic Scale (EMS)
La European Macroseismic Scale (EMS)
Classi di vulnerabilità
La European Macroseismic Scale (EMS)
E’ possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive?
Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura)
E’ possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive?
Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura)
Epoca di costruzione (importante sia per gli edifici in muratura che in c.a.)
E’ possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive?
Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura)
Epoca di costruzione (importante sia per gli edifici in muratura che in c.a.)
Dati forniti da terremoti successivi a quello del 1980:1984 Appennino abruzzese Mw = 5.931997 Appennino umbro-marchigiano Mw = 6.052002 Molise Mw = 5.782009 L’Aquila Mw = 6.3
E’ possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive?
Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura)
Epoca di costruzione (importante sia per gli edifici in muratura che in c.a.)
Dati forniti da terremoti successivi a quello del 1980:1984 Appennino abruzzese Mw = 5.931997 Appennino umbro-marchigiano Mw = 6.052002 Molise Mw = 5.782009 L’Aquila Mw = 6.3
Giudizio esperto
E’ possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive?
Caratteristiche costruttive regionali e locali (particolarmente importanti per le costruzioni in muratura)
Epoca di costruzione (importante sia per gli edifici in muratura che in c.a.)
Dati forniti da terremoti successivi a quello del 1980:1984 Appennino abruzzese Mw = 5.931997 Appennino umbro-marchigiano Mw = 6.052002 Molise Mw = 5.782009 L’Aquila Mw = 6.3
Giudizio esperto
Modelli meccanici
E’ possibile estendere le DPM così determinate ad altre situazioni costruttive?
E’ possibile ridurre la dispersione intrinseca delle DPM?
Scheda di 2° livello
E’ possibile ridurre la dispersione intrinseca delle DPM?
Scheda di 2° livello
Modelli meccanici
E’ possibile ridurre la dispersione intrinseca delle DPM?
Scheda di 2° livello
Modelli meccanici
DPM per meccanismi di danno
E’ possibile ridurre la dispersione intrinseca delle DPM?
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Pochi mesi dopo il terremoto del 23/11/1980, il danno subito dal patrimonio monumentale della Basilicata venne rilevato utilizzando una scheda appositamente messa a punto.
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Pochi mesi dopo il terremoto del 23/11/1980, il danno subito dal patrimonio monumentale della Basilicata venne rilevato utilizzando una scheda appositamente messa a punto.
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Pochi mesi dopo il terremoto del 23/11/1980, il danno subito dal patrimonio monumentale della Basilicata venne rilevato utilizzando una scheda appositamente messa a punto.
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Pochi mesi dopo il terremoto del 23/11/1980, il danno subito dal patrimonio monumentale della Basilicata venne rilevato utilizzando una scheda appositamente messa a punto.
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Il danneggiamento dei monumenti della Basilicata a seguito del terremoto del 23/11/1980
Balvano: Chiesa di S. Maria Assunta
Muro Lucano:Castello
Matrici di probabilità di danno (DPM) per le chiese
MCS V
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
NessunDanno 0
LesioniLeggere 1
Lesioni Gravi2
Pericolosità 3 Crollo 4
DistribuzionePercentuale
DistribuzioneBinomiale
MCS VI
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
NessunDanno 0
LesioniLeggere 1
Lesioni Gravi2
Pericolosità 3 Crollo 4
DistribuzionePercentuale
DistribuzioneBinomiale
MCS VII
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
NessunDanno 0
LesioniLeggere 1
Lesioni Gravi2
Pericolosità 3 Crollo 4
DistribuzionePercentuale
DistribuzioneBinomiale
MCS VIII
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
NessunDanno 0
LesioniLeggere 1
Lesioni Gravi2
Pericolosità 3 Crollo 4
DistribuzionePercentuale
DistribuzioneBinomiale
)4 ,3 ,2 ,1 ,0( )1()!4(!
!4 4 =−−
= − kppkk
d kkk
Distribuzione binomiale
DPM chiese Basilicata, Chiese Umbria, chiese Marche, edifici ordinari classe A
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
V VI VII VIII
Intensità MCS
Dan
no M
edio
Chiese UmbriaChiese MarcheEdifici IrpiniaChiese Schede Basilicata
Analisi per macroelementi e meccanismi di danno
Ribaltamento della facciata
DPM per meccanismi di danno
Ribaltamento della facciata
DPM per meccanismi di danno
Ribaltamento della facciata
DPM per meccanismi di danno
I = Vn = 14
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIn = 34
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIn = 24
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIIn = 6
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
Ribaltamento della facciata
y = 0.7949x - 3.6474 R2 = 0.2973; n = 80
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10
Intensità MCS
Dan
no
DPM per meccanismi di danno
I = Vn = 14
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIn = 34
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIn = 24
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIIn = 6
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
Ribaltamento della facciata
y = 0.7949x - 3.6474 R2 = 0.2973; n = 80
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10
Intensità MCS
Dan
no
I = Vn = 14
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIn = 34
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIn = 24
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIIn = 6
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
DPM per meccanismi di danno
Ribaltamento della facciata: analisi dei fattori di vulnerabilità
DPM per meccanismi di danno
Ribaltamento della facciata: analisi dei fattori di vulnerabilità
DPM per meccanismi di danno
Ribaltamento della facciata: analisi dei fattori di vulnerabilità
t0.05,3,76 = 1.665
DPM per meccanismi di danno
Ribaltamento della facciata: analisi dei fattori di vulnerabilità
R2corr = 0.694
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5
Danno atteso
Dan
no o
sser
vato
t0.05,3,76 = 1.665
DPM per meccanismi di danno
Risposta trasversale dell’aula
DPM per meccanismi di danno
Risposta trasversale dell’aula
DPM per meccanismi di danno
I = Vn = 10
0%
20%
40%
60%
80%
100%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIn = 23
0%5%
10%15%20%25%30%35%40%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIn = 30
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIIn = 6
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
Risposta trasversale dell’aula
y = 0.8492x - 4.3112R2 = 0.3983; n = 71
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10Intensità MCS
Dan
no
DPM per meccanismi di danno
I = Vn = 10
0%
20%
40%
60%
80%
100%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIn = 23
0%5%
10%15%20%25%30%35%40%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIn = 30
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIIn = 6
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
Risposta trasversale dell’aulaI = Vn = 10
0%
20%
40%
60%
80%
100%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIn = 23
0%5%
10%15%20%25%30%35%40%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIn = 30
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIIn = 6
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
y = 0.8492x - 4.3112R2 = 0.3983; n = 71
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10Intensità MCS
Dan
no
DPM per meccanismi di danno
Risposta trasversale dell’aula: analisi dei fattori di vulnerabilità
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5
Danno atteso
Dan
no o
sser
vato
R2corr = 0.611
DPM per meccanismi di danno
Torre campanaria
DPM per meccanismi di danno
Torre campanaria
DPM per meccanismi di danno
I = Vn = 9
0%
10%
20%
30%
40%
50%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIn = 23
0%
10%
20%
30%
40%
50%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIn = 19
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIIn = 4
0%5%
10%15%20%25%30%35%40%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
Torre campanaria
y = 0.7242x - 2.7824R2 = 0.1804; n = 55
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9Intensità MCS
Dan
no
DPM per meccanismi di danno
I = Vn = 9
0%
10%
20%
30%
40%
50%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIn = 23
0%
10%
20%
30%
40%
50%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIn = 19
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIIn = 4
0%5%
10%15%20%25%30%35%40%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
Torre campanariaI = Vn = 9
0%
10%
20%
30%
40%
50%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIn = 23
0%
10%
20%
30%
40%
50%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIn = 19
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
I = VIIIn = 4
0%5%
10%15%20%25%30%35%40%
d0 d1 d2 d3 d4 d5
y = 0.7242x - 2.7824R2 = 0.1804; n = 55
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9Intensità MCS
Dan
no
DPM per meccanismi di danno
Torre campanaria: analisi dei fattori di vulnerabilità
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5
Danno atteso
Dan
no o
sser
vato
R2corr = 0.583
DPM per meccanismi di danno
Correlazioni tra i meccanismi di danno
Correlazioni tra i meccanismi di danno
Correlazioni tra i meccanismi di danno
Conclusioni
Le DPM ricavate dall’analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell’Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala.
Conclusioni
Le DPM ricavate dall’analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell’Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala.
Con opportuni modificatori, esse permettono di tenere in conto caratteristiche costruttive – regionali, locali, o relative all’epoca di costruzione – differenti da quelle delle tipologie per le quali sono state originariamente ricavate.
Conclusioni
Le DPM ricavate dall’analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell’Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala.
Con opportuni modificatori, esse permettono di tenere in conto caratteristiche costruttive – regionali, locali, o relative all’epoca di costruzione – differenti da quelle delle tipologie per le quali sono state originariamente ricavate.
Le DPM per meccanismi di danno rappresentano un’interessante evoluzione delle DPM per edifici. Attraverso la messa in conto dei fattori di vulnerabilità dei macroelementi, esse permettono di ridurre significativamente la dispersione statistica.
Conclusioni
Le DPM ricavate dall’analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell’Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala.
Con opportuni modificatori, esse permettono di tenere in conto caratteristiche costruttive – regionali, locali, o relative all’epoca di costruzione – differenti da quelle delle tipologie per le quali sono state originariamente ricavate.
Le DPM per meccanismi di danno rappresentano un’interessante evoluzione delle DPM per edifici. Attraverso la messa in conto dei fattori di vulnerabilità dei macroelementi, esse permettono di ridurre significativamente la dispersione statistica.
I meccanismi di danno per i diversi macroelementi sono statisticamente indipendenti, con alcune eccezioni che appaiono legate a effetti direzionali.
Conclusioni
Le DPM ricavate dall’analisi del danneggiamento degli edifici a seguito del terremoto dell’Irpinia-Basilicata del 1980 costituiscono tuttora la base delle valutazioni di vulnerabilità a larga scala.
Con opportuni modificatori, esse permettono di tenere in conto caratteristiche costruttive – regionali, locali, o relative all’epoca di costruzione – differenti da quelle delle tipologie per le quali sono state originariamente ricavate.
Le DPM per meccanismi di danno rappresentano un’interessante evoluzione delle DPM per edifici. Attraverso la messa in conto dei fattori di vulnerabilità dei macroelementi, esse permettono di ridurre significativamente la dispersione statistica.
I meccanismi di danno per i diversi macroelementi sono statisticamente indipendenti, con alcune eccezioni che appaiono legate a effetti direzionali.
Le DPM per meccanismi permettono inoltre una più semplice taratura dei modelli meccanici, rispetto alle DPM per edifici.
Conclusioni