a trent’anni dal terremoto dell’80 la prevenzione del...

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.


- pericolosità sismica del territorio, rappresentata dalla frequenza e dall’intensità dei terremoti che lo interessano;

Il rischio sismico




- 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




- 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

La scala di intensità sismica Medvedev-Sponheuer-Karnik-76 (MSK-76)

Algoritmo di analisi basato sulla massimizzazione della funzione di verosimiglianza

Intensità sismica MSK


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)


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.


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.


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.


Classi di vulnerabilità


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





Giudizio esperto

Modelli meccanici


E’ possibile ridurre la dispersione intrinseca delle DPM?

Scheda di 2° livello



Modelli meccanici



Modelli meccanici

DPM per meccanismi di danno


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.


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




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




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




)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




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


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


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


Ribaltamento della facciata: analisi dei fattori di vulnerabilità



t0.05,3,76 = 1.665



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


Risposta trasversale dell’aula




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


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


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


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


Torre campanaria


Torre campanaria


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


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


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


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


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 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




I meccanismi di danno per i diversi macroelementi sono statisticamente indipendenti, con alcune eccezioni che appaiono legate a effetti direzionali.

Conclusioni




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

a trent’anni dal terremoto dell’80 la prevenzione del...

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