In ambito europeo è stata sviluppata la metodologia Risk-UE per la valutazione del rischio sismico di sistemi di distribuzione (acqua potabile, acque di scarico, sistema del gas, telecomunicazione, energia elettrica) e infrastrutture di trasporto (porto, aeroporto, strada e ferrovia). La metodologia è stata sviluppata nell’ambito del progetto progetto RISK-
UE “An advance approach
toearthquake risk scenarios with applications to different European towns” finanziato dalla Commissione europea che si poneva l’obiettivo di sintetizzare la conoscenza e il know-
how dell'ingegneria sismica delle lifelines in ambito europeo andando a considerare le caratteristiche
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distintive europee delle lifeline e delle reti di distribuzioni nella costruzione di scenari sismici e andando a proporre curve di fragilità per i diversi componenti dei sistemi. Il metodo RISK-UE è stato sviluppato tenendo in conto le altre metodologie sviluppate in ambito internazionali quali ad esempio il metodo HAZUS descritto nel paragrafo precedente. Il progetto è stato organizzato in 7 work package (WP) ed il WP n 6 tratta la vulnerabilità delle lifelines. L'approccio generale della metodologia RISK-UE per le lifelines è presentato nella figura 55 in cui vengono individuati i diversi moduli e le loro interconnessioni (Pitilakis et alii, 2005).
Nell’ambito del WP6 vengono analizzati quattro sistemi di trasporto: strada, ferrovia, aeroporto, porti. Il sistema stradale viene suddiviso in tre elementi principali: strade, ponti e gallerie a cui si possono aggiungere ulteriori elementi secondari: rilevati, pendii, muri di sostegno ed edifici (figura 56).
Le funzioni di danno anche nell’ambito del progetto Risk-UE sono state definite attraverso l’analisi dei dati sui terremoti passati. In generale si
rileva che i ponti, le gallerie e i rilevati sono vulnerabili sia rispetto all’accelerazione sismica (ground shaking) sia rispetto agli spostamenti dei terreni di fondazione (ground displacement), mentre il corpo stradale in generale risulta vulnerabile principalmente agli spostamenti del terreno. Analogamente a quanto previsto nel metodo HAZUS, per ottenere la stima dei danni sugli elementi dell’infrastruttura stradale è necessario acquisire i seguenti dati di input: posizione geografica dei singoli elementi, caratteristiche dell’azione sismica espressa in PGA, spettri di risposta per i ponti e per gli edifici, velocità di picco per le gallerie e spostamento permanente del terreno (PGD). Inoltre in ambito extraurbano è necessario acquisire dati geologici, geotecnici, idrolgeologici e topografici per la valutazione di eventuali instabilità. Le possibili conseguenze di un evento sismico sull’infrastruttura sono la riduzione della funzionalità o la completa indisponibilità dell’infrastruttura.
Classificazione dei livelli di danno
Corpo stradale
Nel modello Risk-Ue vengono definiti i quattro livelli di danneggiamento riportati in tabella 25: nessun danno (none), danno lieve (minor), danno moderato (moderate) e danno esteso (extensive). Ad ogni livello di danno vengono associati la descrizione dei danni diretti e indiretti, nonché il livello di servizio della strada.
Figura 56 Breakdown del sistema di trasporto stradale metodo Risk-UE
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Damage
state Direct damages
Indirect
damages Serviceability
Extensive Major settlement or offset of the ground (>60 cm). Considerable debris of collapsed structures.
Fully closed due to temporary repairs for few days to few weeks. Partially closed to traffic due to permanent repairs for few weeks to few months*.
Moderate Moderate settlement or offset of the ground (30 to 60cm).
Moderate amount of debris of collapsed structures.
Fully closed due to temporary repairs for few days. Partially closed to traffic due to permanent repairs for few weeks1.
Μinor Slight settlement (<30cm) or offset of the ground.
Minor amount of debris of collapsed
structures. Open to traffic. Reduced speed during repairs.
None / No damage/ Clean road Fully open.
Tabella 25 Livelli di danneggiamento di una strada (Risk-UE) Ponti
Per la valutazione del danneggiamento dei ponti vengono adottati gli stati di danno previsti nel metodo HAZUS descritti nel paragrafo precedente e riporati nella tabella 26.
LIVELLI DI DANNO RISK-UE (derivati da HAZUS 99)
Damage States Descripition
Complete Any column collapsing and connection losing all bearing support which may lead to imminent deck collapse ds5
Extensive Any column degrading without collapse (column structurally unsafe), any connection losing some bearing support, or major settlement of the approach. ds4
Moderate Any column experiencing moderate cracking and spalling (column structurally still sound), any connception having cracked shear keys or bent bolts, or moderate settlement of the
approach. ds3
Slight Minor Minor cracking and spalling to the abutment, cracks in shear keys at abuments, minor spalling and cracks at hinges, minor spalling at the column (damage requires no more cosmetic repair ) or minor cracking to the deck. ds2
None No damage to a bridge. ds1
Tabella 26 Livelli di danno per ponti e viadotti adottati dal metodo Risk-UE (derivati da HAZUS ’99)
Funzioni di danno
Corpo stradale
Nel metodo Risk-UE vengono utilizzate le stesse funzioni di danno diretto del corpo stradale del metodo HAZUS e descritte al paragrafo precedente. Per quanto riguarda i danni indiretti invece propone due approcci per valutare l’eventuale estensione dei detriti. Il primo è un approccio empirico e valido per edifici in cemento armato valuta l’estensione in m dei detriti attraverso la formula seguente:
+ ≤23 €
dove x è l’estensione dei detriti in m ed N il numero di piani dell’edificio. Il secondo è un approccio analitico ed è stato sviluppato per gli edifici in muratura. Le formulazioni variano in funzione della configurazione dell’edificio come riportato in figura 57.
Pag. 117 a 249 Figura 57 Approccio analitico per il calcolo del danno indiretto per edifici in muratura – metodo Risk-UE
In cui Kv è il rapporto tra il volume dei detriti ed il volume di costruzione iniziale, φ è la pendenza del cumulo di detriti (φ, ad esempio 45 °), H, L e W sono rispettivamente l'altezza, la lunghezza e la larghezza dell’edificio.
Ponti
Il metodo Risk-UE propone l’adozione di curve di fragilità empiriche in accordo alla metodologia del metodo HAZUS prevedendo però una diversa categorizzazione delle tipologie di ponti. Il metodo HAZUS prevede 28 tipologie di ponti mentre il metodo Risk-UE prevede le 15 tipologie riportate nella tabella 27, maggiormente ricorrenti in Europa.
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CLASSIFICAZIONE DEI PONTI E VIADOTTI SECONDO IL METODO RISK-UE Material Column Bent Type Span Continuity Design Category
All Single Span - Conventional 1
Seismic 2
Concrete Bridges
Single
Simple Support Conventional 3 Seismic 4
Continuous Conventional 5 Seismic 6
Multiple
Simple Support Conventional 7
Sesmic 8
Continuous Conventional 9 Seismic 10
Steel Bridges
Multiple Simple Support Conventional 11 Seismic 12
All Continuous Conventional 13 Seismic 14
Other 15
Tabella 27 Tipologie di ponti – metodo Risk-UE
Come per il metodo HAZUS le curve di fragilità sono funzioni di ripartizioni log-normali che possono essere costruire a partire dal valore medio, cioè quello che ha probabilità di accadimento del 50%; e la dispersione, o deviazione standard.
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Anche nel metodo Risk-UE vengono introdotti i fattori correttivi che tengono conto delle caratteristiche specifiche del ponte:
j( = ksin(90 − p) dove p è l’angolo di sghembatura del ponte
jxy= 1 z {!|; dove N e il numero di campate ed A e B sono coefficienti che dipendono dalla
tipologia di ponte.
Nella tabella 28 sono riportati i valori medi della sollecitazione sismica in termini di Sa (1s) per le 15 tipologie di ponti e per i quattro livelli di danno. Per quanto riguarda i simboli L è la lunghezza del ponte, N è il numero di campate del ponte, W la è la larghezza della campata, p è l’angolo di sghembature del ponte, Sa (1s) è l’accelerazione spettrale a 1 secondo, Sa (0.3s) è l’accelerazione spettrale a 0.3 secondi. Nella tabella 29 sono riportati i valori medi della deformazione al suolo (PGD) per le 15 tipologie di ponti e per i quattro livelli di danno.
Tabella 29 Parametri per il calcolo delle curve di fragilità dei ponti in termini di PGD – metodo Risk-UE
Tempi di ripristino
Nell’ambito del progetto Risk-UE sono state definite delle curve di ripristino rappresentate attraverso distribuzioni normali standard per le quali vengono forniti i valori di media e deviazioni standard per i diversi stati di danno in accordo a quanto previsto nel metodo HAZUS e ATC-13. I valori di media e deviazione standard si riferiscono ai tempi medi di ripristino di un tratto stradale lungo un chilometro (tabella 30). Ovviamente le tempistiche possono essere tarante in funzione dell’organizzazione e alla capacità del Gestore dell’infrastruttura.
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