nuovo progetto esecutivo reluis-dpc 2010-2013 · costruzione di un modello strutturale semplificato...

RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI INGEGNERIA SISMICA

Workshop Finale Progetto ReLUIS - DPC 2010-2013

Napoli, 8-9 Ottobre 2013

Nuovo Progetto Esecutivo Reluis-DPC 2010-2013

AT1-Strumenti per la valutazione e la gestione del rischio del patrimonio costruito

LINEA 1.1 – Nuovi aspetti nella valutazione delle strutture esistenti e degli interventi di adeguamento e

valutazione del rischio

TASK 1.1.3- STRATEGIE DI RIDUZIONE DEL RISCHIO A MEDIO TERMINE SU SCALA REGIONALE

Coordinatore: prof. Giulio ZUCCARO

UNITA’ PARTECIPANTI: - UNINA DIST (Coordinatore prof. G. MANFREDI) - UNIPV (Coordinatore dr. R. PINHO)

- UNINA PLINIVS (Coordinatore prof. G. ZUCCARO) - INGV-BO (Coordinatore dr. W. MARZOCCHI)

http://www.protezionecivile.it/sitobambini/home.html�


OBIETTIVI COMPLESSIVI DELLA LINE DI RICERCA

1. Sviluppo di uno strumento di valutazione del rischio a larga scala (RISK RATING).

2. CONFRONTO tra le funzioni di vulnerabilità ottenute attraverso METODI MECCANICI e METODI OSSERVAZIONALI per assegnate tipologie edilizie.

3. Studio della utilità e della compatibilità delle BANCHE DATI (i.e. Censimento ISTAT) in materia di valutazione di rischio a diverse scale territoriali e proposta di una PROCEDURA per le ASSEGNAZIONI DELLE TIPOLOGIE EDILIZIE all'interno di una griglia spaziale.

4. Miglioramento dei modelli di previsione della PERICOLOSITÀ TIME DEPENDANT.

5. Sviluppo di funzioni di VULNERABILITÀ TIME DEPENDANT.

6. Definizione di un percorso logico semplificato utile alla SCELTA tra soluzioni alternative di RETROFIT e relativa ANALISI COSTI-BENEFICI.

7. Sviluppo di uno strumento quantitativo per una stima razionale delle strategie di mitigazione alternative.


OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO


ATTIVITÀ 1: STUDI PER LA CARATTERIZZAZIONE DELLA PERICOLOSITÀ TEMPO-VARIANTE

UNINA - DIST (Manfredi- Iervolino)

[ ]|( , , ; ) *( , ; ) ( | , ) ( | ) ( ; ) 0,1m

l

m

m m R M M mR m

y t T m t T m P Y y m r f r m f m m drdmµ µ= ⋅ >∫ ∫

Scelta una misura di intensità sismica al suolo, la pericolosità è espressa in termini di probabilità di superamento di una soglia in funzione del tempo trascorso dall’ultimo terremoto.

Pericolosità legata all’occorrenza dei mainshocks

Pericolosità in termini di tasso di superamento legata all’occorrenza degli aftershocks

(

my

t

( ) ( ) ( ){ } ( ) ( ) ( )00 0 100 01 0 *

M t N tm

NP IM im| t P N t | t P IM im| m,r f m dmN N ∩ == > = − = ⋅ > ⋅ ⋅ = = ∫

CASO STUDIO: PAGANICA




UNINA - DIST (Manfredi- Verderame)

ATTIVITÀ 2: PROCEDURA SEMPLIFICATA PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISMICA DI EDIFICI TAMPONATI (metodo POST, PushOver on Shear-Type models): APPLICAZIONE A SCALA TERRITORIALE E CONFRONTI CON METODOLOGIE ALTERNATIVE.

POST (PushOver on Shear-Type models): metodo basato su una procedura di progettazione simulata per definire le caratteristiche strutturali dell’edificio in c.a. a partire da dati “poveri” e sulla costruzione di un modello strutturale semplificato (Shear-Type) che include la presenza delle tamponature che consente la valutazione della capacità sismica in ambito statico non-lineare

Definizione degli spostamenti di Danno conformemente alla scala EMS-98

DS1 DS2 DS3 DS4 DS5

Grade 1: Negligible

to slight damage (no structural

damage, slight non-structural damage)

Fine cracks in plaster over frame members

or in walls at the base.

Fine cracks in partitions and infills.

Grade 2: Moderate damage (slight structural damage, moderate non-

structural damage) Cracks in columns and beams of frames

and in structural walls. Cracks in partition and infill walls; fall of

brittle cladding and plaster. Falling mortar from the joints of wall panels.

Grade 3: Substantial to heavy damage

(moderate structural damage, heavy non-structural damage)

Cracks in columns and beam column joints of frames at

the base and at joints of coupled walls.

Spalling of concrete cover, buckling of reinforced rods. Large cracks in partition and

infill walls, failure of individual infill panels.

Grade 4: Very heavy damage

(heavy structural damage, very heavy non-structural

damage) Large cracks in structural

elements with compression failure of concrete and fracture of rebars; bond

failure of beam reinforced bars; tilting of columns.

Collapse of a few columns or of a single upper floor.

Grade 5: Destruction (very heavy structural

damage) Collapse of ground floor or

parts (e. g. wings) of buildings.

( )RCcr

infcr ;min ∆∆ ( )RC

yinfmax ;min ∆∆ ( )RC

buklingRCspalling

infult ;;min ∆∆∆ RC

ult∆ RCpc∆

Modellazione semplificata degli effetti di interazione con gli elementi di tamponatura e delle conseguenti crisi fragili (nodi trave-colonna)

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

PGA [g]

P[d

>D |

PG

A]

DS1 without joint failureDS2 without joint failureDS3 without joint failureDS4 without joint failureDS5 without joint failureDS1 with joint failureDS2 with joint failureDS3 with joint failureDS4 with joint failureDS5 with joint failure





ATTIVITÀ 2: PROCEDURA SEMPLIFICATA PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISMICA DI EDIFICI TAMPONATI (metodo POST, PushOver on Shear-Type models): APPLICAZIONE A SCALA TERRITORIALE E CONFRONTI CON METODOLOGIE ALTERNATIVE.

Applicazioni del metodo POST: Procedura multilivello di valutazione della vulnerabilità sismica a scala urbana nel Comune di Avellino, grazie a tre database caratterizzati da differenti livelli di dettaglio (rilievo In-Situ; tecniche di Remote Sensing - LIDAR; dati ISTAT)

Validazione e calibrazione della procedura attraverso un confronto numerico-osservazionale con curve di fragilità empiriche (Rossetto e Elnashai, 2003)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Sd (Telastic) [m]

P[d

>D |

S d(Tel

astic

)]

DS1DS2DS3DS4SlightLightModerateExtensive

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.350

2

4

6

8

Interstorey Drift Ratio [%]

Hei

gth

[m]

Moderate Damage State

0 0.01 0.02 0.03 0.040

2

4

6

8

Interstorey Drift Ratio [%]

Hei

gth

[m]

Ligth Damage State





ATTIVITÀ 2: PROCEDURA SEMPLIFICATA PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISMICA DI EDIFICI TAMPONATI (metodo POST, PushOver on Shear-Type models): APPLICAZIONE A SCALA TERRITORIALE E CONFRONTI CON METODOLOGIE ALTERNATIVE. Procedura FAST : validazione attraverso il caso di Pettino L’Aquila

Interpretazione meccanica del danno rilevato dalle schede Aedes relative all’evento dell’Aquila 2009.

Ottimizzazione delle variabili impiegate nel metodo FAST attraverso calibrazione sui dati di PETTINO (L ’ Aquila), minimizzando lo scarto tra il dato osservazionale e i risultati analitici (RMSD)

OBSERVED FAST (analitico)

FAST (analitico)

LevelExtension

DAMAGE

Very heavy Medium or heavy SlightD0Null

Vertical StructuresHorizontal StructuresStairsRoofURM Infill WallsPre-existing damage

Fine cracks in partitions and infills IDR|DS1 (Colangelo, 2003; Circolare 617, 2009, Fardis, 1997)

Cracks in partition and infill walls, fall of brittle cladding and plasterIDR|DS2 (Colangelo, 2003; Dolsek and Fajfar, 2008)

Large cracks in partition and infill walls, failure of individual panelsIDR|DS3 (Colangelo, 2003; Dolsek and Fajfar, 2008)

EMS9

8 (G

runt

hal,

1998

)

DS ruled by structural damage in RC, not considered at this stage

DS ruled by structural damage in RC, not considered at this stage

τcr=0.4MPa, IDR|DS1=0.03%, IDR|DS2=0.4%, IDR|DS3=0.8%,

β=0.1, γ=0.4.

OBSERVED




UNINA - DIST (Manfredi - Polese)

ATTIVITÀ 3: VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ TEMPO-VARIANTE PER CLASSI DI EDIFICI IN C.A.

Estensione del metodo proposto nei primi due anni di attività al fine di poter valutare la vulnerabilità damage- dependent ad intere classi di edifici in funzione del possibile MECCANISMI DI COLLASSO

Confronto risultati di analisi per meccanismi con risultati di analisi pushover per la valutazione della capacità residua REC

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45RECSa_D2

RECSa-appr_D2

MAX MAY MOX MOYMAX MAY MOX MOY

(c)




UNINA - DIST (Manfredi- Iervolino)

ATTIVITÀ 4: RISCHIO SISMICO TEMPO- DIPENDENTE E BUILDING TAGGING

Elaborazione di un modello affidabilistico per la valutazione tempo-dipendente del rischio sismico di sistemi non evolutivi elasto- perfattamente- plastici soggetti a sequenze di aftershock.

Approssimando la distribuzione marginale del danneggiamento strutturale in ogni scossa sismica con una funzione Gamma, lo strumento può essere utilizzato per applicazioni preliminari di building tagging durante la sequenza sismica considerata ed in relazione a soglie di rischio accettato.


DPM coefficients

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

5 6 7 8 9 10

A - -A -ABCD

C

d0 d1 d2 d3 d5 d4 d0 d1 d2 d3 d5 d4

d0 , d1 : DPMdam = same class

d2 : DPMdam = class -1

d3 : DPMdam = class -2

D4,d5 : lost

Binomial Coefficients


UNINA – PLINIVS (Zuccaro)





ATTIVITÀ : MODELLO TIME DEPENDANT DELLA VULNERABILITÀ A SCALA REGIONALE



ABCD

D0

D0D0

D0

ABCD D0 D1

D0 D1D0 D1

D0 D1D2 D3

D2 D3D3

D2 D3D2

D4 D5D4

D5D5D4

D4

LOST DPM DPM after damage

DPM

D4 D5D4

D4 D5D4 D5

ABCD

D0 D1D1

D0 D1 D2D0 D1

D0

D2 D3D2

D2

D3

D3D3

D5D5

D4 D5D5D4

D4D4

DPM DPM after damage LOST

DAMAGE SCALE D0 = No Damage D1 = Light (no Struct. Dam.) D2 = Moderate (light Struct. Dam.) D3 = Heavy D4 = Partial Collapse D5 = Total Collapse 1°

EQ

2° EQ

n° EQ



ATTIVITÀ : MODELLO TIME DEPENDANT DELLA VULNERABILITÀ A SCALA REGIONALE



Inventario (Esposizione): Distribuzione delle classi di vulnerabilità degli edifici per ciascuna cella J

Hazard : Probabilità di avere in una cella J al tempo ti un evento di assegnata intensità o scelto in maniera random all’interno di un certo range di valori

Vulnerabilità: Probablità di raggiungere nella cella J un certo LIVELLO DI DANNO per un evento di data intensità

Danno al tempo ti: Distribuzione del danno nella cella J al tempo ti

Hazard Input ti: hazard vector (ti, EQj)i

Aggiornamento dell’inventario

ti=ti+∆t (i=1,2….e)

Hazard Input t0: Vettore di hazard (to, EQj)0

If ti ≠ te if ti = te Impatto finale: Distribuzione del danno finale nella cella J al tempo te

La procedura può essere iterata in maniera random allo scopo di massimizzare i risultati o trovare lo scenario più probabile (Metodo MonteCarlo)



ATTIVITÀ : MODELLO TIME DEPENDANT DELLA VULNERABILITÀ



CAMPI FLEGREI SEQUENZA SISMICA COSTITUITA DA 3 EVENTI DI MAGNITUDO : 4, 4.5, 5

EQ1: M=4 EQ2: M=4.5

EQ3: M=5

EDIFICI COLLASSATI PER CELLA



ATTIVITÀ 2: SVILUPPO DI STRATEGIE DI DECISION- MAKING PER LA RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO BASATE SULL'ANALISI COSTI- BENEFICI.

INGV – BO (Marzocchi)


Obiettivo: FORMALIZZAZIONE DI UNA STRATEGIA DI ANALISI COSTI/BENEFICI PER LA PRIORITIZZAZIONE DEL RETROFIT

Alternativa di Mitigazione A1

Alternativa di Mitigazione A2

Alternativa di Mitigazione An

ANALISI COSTI/BENE

FICI

Alternativa di Mitigazione più vantaggiosa

Aopt

Costi: spese di retrofit

Benefici: differenza delle perdite (umane e monetarie) attese con e senza l’intervento di retrofit






Formalizzazione del problema Alternative di retrofit (diversi gradi di intervento) • STATUS QUO (A0) : nessun retrofit • Alternativa 1 (A1) • Alternativa 2 (A2) • ... • Alternativa N (AN)

Tipologia di costruzioni •B1 •B2 •B3 •… Località interessate

•L1 •L2 •….

Orizzonte temporale • T

Costi

Tipologia edificio

A0 Status quo A1 … AN

B1 0 C(A1,Bi) C(AN,Bi)

…

BM 0 C(AN,BM) C(AN,BM)

Benefici per la località Lj

Tipologia edificio

A0 Status quo A1 … AN

B1 0 BN(A1,Bi,Lj) BN(AN,Bi,Lj)

…

BM 0 BN(AN,BM,Lj) BN(AN,BM,Lj)






Ottimizzazione: scelta della combinazione di interventi di mitigazione ottimale

Problema: selezione della combinazione di alternative (Ai,Bk,Lj) più vantaggiose con un budget allocato I Criterio di scelta: massimizzazione dei benefici

Strategia sviluppata • selezione delle strategie di mitigazione (Ai,Bk,Lj) per le quali a) i costi sono inferiori al budget b) i benefici superano i costi • selezione della combinazione di alternative per le quali a) la somma dei costi non supera il budget I b) la somma dei benefici è massima Problema noto in matematica combinatoria come knapsack problem



SVILUPPI FUTURI

• Pericolosità: irrobustire i modelli time- dependant. • Esposizione: irrobustire le valutazioni di inventario a scala locale

attraverso nuove raccolte dati e ulteriori calibrazioni dei dati ISTAT allo scopo di produrre una banca dati condivisa a livello nazionale.

• Vulnerabilità: irrobustire i modelli time- dependant e sviluppare ulteriori confronti tra i metodi meccanici e quelli osservazionali, esplicitando la dipendenza della vulnerabilità dai FATTORI DI VULNERABILITÀ (nodi, tamponature, catene, ecc.).

• Modelli di combinazione della pericolosità e della vulnerabilità tempo- dipendente per stima del RISCHIO a BREVE, MEDIO e LUNGO TERMINE.

• Messa a punto di procedure automatiche per la valutazione degli scenari sismici a scala locale.

RISCHIO = PERICOLOSITA’ x ESPOSIZIONE x VULNERABILITA’



ELENCO DELLE PUBBLICAZIONI Del Gaudio C., Ricci P., Verderame G.M., Manfredi G. (2013). A simplified method for seismic vulnerability assessment of RC buildings: methodology and application at urban scale. Soil

Dynamics and Earthquake Engineering. (under review). Ebrahimian H., F. Jalayer, D. Asprone, A. M. Lombardi, W. Marzocchi, A. Prota, G. Manfredi (2013). Adaptive daily forecasting of seismic aftershock hazard. Submitted to Bulletin of

Seismological Society of America Iervolino, I., Chioccarelli, E., Giorgio, M. (2013). Gamma modelling of continuous deterioration and cumulative damage in life-cycle analysis of earthquake-resistant structures, Proceedings

of 11th International Conference on Structural Safety and Reliability, ICOSSAR 2013. Iervolino, I., Giorgio, M., Chioccarelli, E. (2012). Un modello tempo-dipendente per l’affidabilità strutturale in caso di danno sismico cumulato, Proceedings of V Convegno su Crolli,

Affidabilità Strutturale e Consolidamento, IF CRASC ‘13. Iervolino, I., Giorgio, M., Chioccarelli, E. (2013). Closed-form aftershock reliability of damage-cumulating elastic-perfectly plastic systems, Earthquake Engineering and Structural Dynamics,

submitted for publication. Iervolino, I., Giorgio, M., Chioccarelli, E. (2013). Gamma modelling of aftershock reliability of elastic-perfectly-plastic systems, Proceedings of Vienna Congress on Recent Advances in

Earthquake Engineering and Structural Dynamics. Lombardi A.M., W. Marzocchi, G. Woo (2013). Optimal allocation of funding for seismic retrofitting measures. Submitted to Earthquake Spectra. Polese M., Prota A., Manfredi G., (2011) “Capacità residua in edifici in c.a. danneggiati dal sisma”, XIV Convegno Anidis, Bari, 18-22 settembre 2011. Polese M., Di Ludovico M., Prota A., Manfredi G., (2013) “Damage-dependent vulnerability curves for existing buildings”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 42 (6), 853-

870DOI: 10.1002/eqe.2249 Polese M., Di Ludovico M., Prota A., Manfredi G., (2012) “Residual capacity of earthquake damaged buildings”, paper # 1005, proceedings of the 15th World conference on Earthquake

Engineering, Lisboa, Portugal, 24-28 september 2012 Polidoro, I., Iervolino, I., Chioccarelli, E. (2012). Alcuni modelli di pericolosità sismica tempo-dipendenti, Proceedings of V Convegno su Crolli, Affidabilità Strutturale e Consolidamento, IF

CRASC ‘13. Polidoro, I., Iervolino, I., Chioccarelli, E. (2013). Models and issues in history-dependent mainshock hazard, Proceedings of 11th International Conference on Structural Safety and

Reliability, ICOSSAR 2013. Petruzzelli F., Iervolino I., (2011) NODE v.1.0 beta: attempting to prioritize large-scale seismic risk of engineering structures on the basis of nominal deficit,Proceedings of the XIV Convegno

ANIDIS, L’ingegneria Sismica in Italia, 18-22/11/11, Bari, Italy. Ricci P., Verderame G.M., Manfredi G., Pollino M., Borfecchia F., De Cecco L., Martini S., Pascale C., Ristoratore E., James V. (2011). Seismic vulnerability assessment using field survey

and Remote Sensing techniques. In: B. Murgante, O. Gervasi, A. Iglesias, D. Taniar, B.O. Apduhan (editors). Computational Science and its Applications – ICCSA 2011. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. ISBN 978-3-642-21886-6. Volume 6783, Part II, pp. 109-124. doi:10.1007/978-3-642-21887-3_9

Spence R., Foulser-Piggott R., Pomonis A., Crowley H., Guéguen P., Masi A., Chiauzzi L., Zuccaro G., Cacace F., Zulfikar C, Markus M., Schaefer D., Sousa M.L., Kappos A. (2012). The European building stock inventory: creating and validating a uniform database for earthquake risk modelling . In: 15th WCEE. p. 1-10, Lisboa (Portugal), 24- 28 September 2012.

Verderame G.M., Ricci P., De Luca F., Del Gaudio C., De Risi M.T. (2013). Damage scenarios for RC buildings during the 2012 Emilia (Italy) earthquake. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. (under review).

Zuccaro G. and De Gregorio D. (2013). Time and Space dependency in impact damage evaluation of a sub- Plinian eruption at Mount Vesuvius. Natural Hazard. DOI: 10.1007/s11069-013-0571-8.

Zuccaro G., Cacace F., De Gregorio D. (2012). Buildings inventory for seismic vulnerability assessment at National and regional scale. In: 15th WCEE. p. 1-10, Lisboa (Portugal), 24- 28 September 2012. Paper n°2829.

Zuccaro G. and Cacace F. (2012). Seismic vulnerability assessment of the masonry buildings based on the probability of occurrence of the main collapse mechanisms. Damage Vulnerability Curves vs. PGA. In: 15th WCEE. p. 1-10, Lisboa (Portugal), 24- 28 September 2012.


http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-21887-3_9�

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nuovo progetto esecutivo reluis-dpc 2010-2013 · costruzione di un modello strutturale semplificato...

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