La valutazione del rischio sismico delle strutture portuali marittime: l'applicazione al porto di Gioia Tauro - Ing. Francesca Bozzoni
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
La valutazione del rischio sismico
delle strutture portuali marittime:
l’applicazione al porto di Gioia Tauro
Ing. Francesca Bozzoni
Sezione Geotecnica Sismica
Fondazione EUCENTRE
SOMMARIO Tecnologia GIS per la stima del rischio sismico in aree portuali Metodologia di calcolo messa a punto per valutazione del danno sismico su strutture portuali Applicazione: il caso-studio del porto di Gioia Tauro Piattaforma webGIS
Tecnologia GIS per la stima del rischio sismico in aree portuali
Rischio sismico associato ad una infrastruttura portuale o altro tipo => convoluzione*
pericolosità sismica sito dove l’opera è ubicata con vulnerabilità ed esposizione
infrastruttura agli effetti dei terremoti.
Pericolosità Esposizione
Vulnerabilità
* Operazione matematica che consiste nel comporre per sovrapposizione degli effetti due o più enti concomitanti (ad
esempio pericolosità, vulnerabilità ed esposizione sismica), che interagiscono vicendevolmente. Formalmente essa è
rappresentata da un integrale di convoluzione multi-dimensionale.
GIS => strumento ideale per: • archiviare • gestire • rappresentare visivamente • interrogare • elaborare informazioni e dati georeferenziati, con relativi attributi, afferenti a diversi ambiti tematici. Consente di considerare congiuntamente i diversi fattori che concorrono alla definizione del Esempi sistemi GIS per la gestione del porto: rischio sismico di una infrastruttura portuale - Port of Los Angeles (POLA), California e immediata identificazione di quegli elementi - Jacksonville Port Authority (JAXPORT), Florida che richiedono interventi urgenti di mitigazione. - Virginia Port Authority (VPA), Virginia
Tecnologia GIS consente non solo di realizzare una banca dati con interfaccia
cartografica georeferenziata contenente dati sismologici, geologici, geotecnici,
batimetrici e strutturali del sistema portuale..
Dati geomorfologici
e geotecnici
Dati sulle opere
Dati sismologici strutturali ed
infrastrutturali
Valutazione
e
mitigazione
rischio
sismico
..ma anche straordinario strumento di analisi ed elaborazione dati di base per la
generazione di mappe tematiche => potenziale di liquefazione, cedimenti del sedime e
danno sismico atteso.
Dati e risultati sono integrati nell’infrastruttura di dati geografici in uso da parte del Dipartimento
della Protezione Civile e sono pienamente fruibili tramite la piattaforma webGIS.
Strumenti di navigazione: Analisi in tempo reale: strumento di
- zoom calcolo per valutare danno atteso alle
- strumenti di visualizzazione strutture di accosto immediatamente
Strumenti interrogazione dei dati: - strumenti di misura (area; distanza) dopo un terremoto
- ricerca porti tramite filtri
- identify
32 porti
Metodologia di calcolo messa a punto per valutazione
del danno sismico su strutture portuali
Procedura generale per stima danno sismico di strutture portuali marittime. In ambiente GIS per diversi livelli di dettaglio e complessità in dipendenza quantità e qualità dati disponibili.
Applicazione: il caso-studio del porto di Gioia Tauro
Il porto di Gioia Tauro è classificato categoria II - classe I di rilevanza internazionale.
Tra i più importanti porti per transhipment a livello europeo: circa 3 milioni TEUs nel 2014.
DATI TECNICI
Larghezza imboccatura m 300
Diametro bacino di evoluzione m 750
Lunghezza canale m 3.500
Larghezza canale m 250
Diametro bacino di espansione m 400
DATI BANCHINE
Banchina per transhipment container m 3.391
Banchina per transhipment autovetture m 400
Banchina per traffico commerciale e passeggeri m 920
Sviluppo banchina per darsena di servizio m 257
DATI PIAZZALI
Piazzali per transhipment container ha 155
Piazzali per transhipment autovetture ha 27
Circoscrizione portuale superficie 440 ha
Piazzali per traffico commerciale e passeggeri ha 3
Configurazione a canale in direzione Nord
Dispone di 5.125 m di banchine (Fonte: www.portodigioiatauro.it)Ubicazione porto di Gioia Tauro: nella regione a
più elevata pericolosità sismica (Calabria).
Zona Sismica 1 per classificazione sismica
territorio nazionale 2014.
entry-point privilegiato in
caso di emergenza sismica
(da www.portodigioiatauro.it)I dati sono stati gentilmente forniti dalla Autorità Portuale di Gioia Tauro.
Compilazione accurata della scheda tecnica di raccolta dati.
7) Funzione prevalente
COMMERCIALE INDUSTRIALE E DI SERVIZIO PESCHERECCIA TURISTICA E DA
PRIMA PARTE GENERALE
PETROLIFERA PASSEGGERI DIPORTO
Indicatori per la definizione del ruolo
Note per la compilazione:
strategico svolto dal porto a livello
Indicare se è possibile individuare una funzione prevalente del Porto (ad esempio in base all’entità del traffico delle
rispettive componenti). nazionale
8) Tipo di traffico
SECONDA PARTE SPECIFICA
□ PASSEGGERI □ MERCI □ ALTRO (specificare qui sotto) Caratteristiche strutturali e geotecniche
□ CONTAINERS I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
□ VARIE I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
rilevanti per la vulnerabilità sismica delle
□ RINFUSE SECCHE I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
opere di accosto
□ RINFUSE LIQUIDE
I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
□ ALTRO I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
Note per la compilazione:
Indicare il tipo di traffico in riferimento alle tipologie indicate.
INTEGRAZIONE
Dati relativi alla gestione della sicurezza
all’interno del porto
Missioni ad hoc presso AP.Batimetria, geologia e geotecnica
DATI ACQUISITI
Opere Sismologia
portuali banca dati GISEstratto dalla piattaforma webGIS per il porto di Gioia Tauro. Mappe di pericolosità tsunamigenica dallo studio dell’Università di Bologna condotto nella prima fase del progetto.
Applicazione al porto di Gioia Tauro metodologia, messa a punto in ambiente GIS per la
stima del danno sismico potenzialmente indotto sulle strutture portuali marittime, tenendo
conto sia degli effetti locali di amplificazione sismica, che della suscettibilità a liquefazione
dei depositi di terreno all’interno dell’area portuale.
• Azione sismica di base
• Inquadramento geologico e dati geotecnici
• Modellazione geotecnico-sismica dell’area
• Analisi della risposta sismica locale
• Liquefazione e cedimenti nel terreno
• Applicazione procedura HAZUS (NIBS, 2004)
• Nuove curve di fragilità per banchine
• Scenari di danno per le strutture portualiAzione sismica di base
Definizione dei periodi di ritorno per lo sviluppo degli scenari di danneggiamento sismico
sulla base della normativa italiana e di un’accurata indagine bibliografica.
- Normativa Italiana (Decreto Capo della Protezione Civile n. 3685 21 ottobre 2003, Norme Tecniche per le Costruzioni
D.M. 14 gennaio 2008, Circolare esplicativa Norme Tecniche per le Costruzioni 22 giugno 2009)
VN (vita nominale) >= 50 SLO 81 % 60
Stati Limite di Esercizio
SLD 63 % 100
CU (classe d'uso) = IV periodi di ritorno
SLV 10 % 950
VR (periodo di riferimento) >= 100 Stati Limite Ultimi
SLC 5 % 1950
- Riferimenti bibliografici • Werner, S. D. (1998). Seismic Guidelines for Ports, Technical Council on Lifeline Earthquake
Engineering Monograph No. 12, 377 pp., American Society of Civil Engineers T=75 e 475
• PIANC (2001). Seismic Design Guidelines for Port Structures, Permanent International
Navigation Association. A.A. Balkema Publishers, Rotterdam, The Netherlands T=75 e 475
• POLA (2010). Code for Seismic Design, Upgrade and Repair of Container Wharves for the
Port of Los Angeles, USA. http://www.portoflosangeles.org T=75 e 475
• Pitilakis, K., Alexoudi, M., Argyroudis, S., Monge, O., Martin, C. (2006 a). Vulnerability and
Risk Assessment of Lifelines: Chapter 9. Assessing and Managing Earthquake Risk- Geo-
scientific and engineering knowledge for earthquake risk mitigation: Developments, Tools and
Techniques. Kluwer, Editors: C. S. Oliveira, A. Roca, X. Goula: 350-375 T=100, 475 e 950
TR danno 100
TR standard 475
TR salvaguardia della vita 950Azione sismica di base
Pericolosità sismica di base (condizioni ideali di suolo roccioso affiorante e privo di irregolarità
geomorfologiche) definita in accordo alle prescrizioni della normativa tecnica italiana (NTC, 2008).
L’azione sismica è definita al porto di Gioia tauro in termini di:
Spettri di risposta elastici in accelerazione e magnitudo attesa Accelerogrammi naturali sismo- e spettro-compatibili
(da studio disaggregazione Spallarossa e Barani, 2007) selezionati con ASCONA (Corigliano et al., 2012)
TR=100 anniInquadramento geologico e dati geotecnici
La caratterizzazione geotecnico-sismica dei depositi di terreno dell’area portuale di Gioia Tauro è
basata su dati provenienti da diverse campagne di indagini geognostiche (geotecniche e geofisiche)
fornite da AP e su informazioni geologiche individuate tramite un’approfondita ricerca bibliografica.
Campagne di indagine dal
1975 al 2012. 45 sondaggi
da 6.4 m a 60 m. Prove in
sito: SPT, CPT, DMT, DH,
MASW, Tomografia Sismica.
Prove di laboratorio su
alcuni campioni prelevati.
Piana costiera a Nord di Gioia Tauro: strati di
terreni granulari saturi fino ad una profondità che
assunto varia da 55 m a 80 m andando da mare verso
come terra (SGI, 2000); giacciono sopra uno strato di
bedrock argille compatte di ampio spessore. Substrato
sismico roccioso ad una profondità stimabile tra 500 e 600
m (Facciorusso e Vannucchi, 2003).Modellazione geotecnico-sismica dell’area portuale
Interpretazione dati acquisiti => due modelli geotecnici: configurazione geometrica del tetto del
substrato, andamenti plano-altimetrici delle interfacce di separazione e dei contatti tra le diverse unità
lito-stratigrafiche indicano come soddisfacente modello 1D a strati piani e paralleli principali formazioni.
Modello del sottosuolo per la zona settentrionale del porto
Profilo VS da misure dirette
e valori calcolati da
resistenze penetrometriche
utilizzando correlazioni
empiriche.
Nessun dato per definire il
profilo VS => legge
iperbolica (Gibson, 1967;
Awojobi, 1975).
Bedrock sismico: 80 m e
VS medio 800 m/s.Modellazione geotecnico-sismica dell’area portuale Vista tridimensionale del modello lito- stratigrafico per la zona settentrionale dell’area portuale di Gioia Tauro.
Modellazione geotecnico-sismica dell’area portuale
Modello del sottosuolo per la zona meridionale del porto
Poche prove in sito disponibiliAnalisi affidabilistiche della risposta sismica locale
Valutazione amplificazione lito-stratigrafica mediante approccio affidabilistico (Lai et al., 2009; Rota et
al., 2011), considerando un modello 1D, lineare-equivalente sia per l’area settentrionale del porto, che
per la zona meridionale => tiene conto incertezza parametri in ingresso.
Dati di ingresso del modello stocastico adottato per la stima della risposta
sismica locale nella zona settentrionale del porto di Gioia Tauro
variabili aleatorie del modello e relativa incertezza (coefficiente di variazione CoV=2* / )Analisi affidabilistiche della risposta sismica locale
1000 realizzazioni dei parametri in ingresso (geotecnici ed input sismico) ottenute da simulazioni Monte
Carlo eseguite utilizzando la tecnica di campionamento dell’ipercubo Latino.
Risposta sismica locale TR=475 anni per la zona settentrionale del porto di Gioia Tauro
1000 profili VS generati dalle simulazioni; la 1000 spettri di risposta in accelerazione calcolati in
linea rossa rappresenta il profilo medio. superficie (linee nere) e spettro medio (linea rossa).Analisi affidabilistiche della risposta sismica locale
Sulla base dei valori di VS, che caratterizzano il sottosuolo dell’area settentrionale del porto di Gioia
Tauro, è possibile classificare il sito come appartenente alla categoria di suolo C (NTC, 2008).
Valori di accelerazione orizzontale di picco stimati in
superficie per la zona settentrionale e l’area meridionale del
porto di Gioia Tauro.
Amplificazione lito-stratigrafica
più significativa nella zona
Spettro medio di risposta in accelerazione (linea settentrionale del porto.
nera) e relativa incertezza (+/- 1 ); spettri NTC
(2008) per le categorie di suolo A, B, C e D.Liquefazione e cedimenti nel terreno
Metodi delle correlazioni empiriche, messe a punto sulla base dei risultati di prove in sito di tipo
penetrometrico (SPT e CPT) o basate sulla misura della velocità VS.
I metodi per SPT e CPT sono preferibili, perché le relative correlazioni empiriche sono basate su
un’ampia mole di dati e su una ricca casistica storica. Inoltre, hanno il vantaggio di essere più
direttamente correlati alla densità relativa, che ha forte influenza sul comportamento ciclico terreni saturi
(Idriss and Boulanger, 2008).
In generale, i metodi basati su correlazioni empiriche vengono impiegati con la consapevolezza che le
previsioni ottenute devono essere ritenute valide solo in prima approssimazione => diversi metodi da
utilizzare congiuntamente.
Procedura ad hoc basata sui metodi più recenti ed accreditati a livello internazionale
sviluppati a partire dai dati ottenuti da prove penetrometriche SPT e CPT.Liquefazione e cedimenti nel terreno
CRR
FS
CSR
CYCLIC RESISTANCE RATIO CYCLIC STRESS RATIO
rapporto di resistenza ciclico rapporto di sforzo ciclico
CAPACITA’ TERRENO RESISTERE A LIQUEFAZIONE DOMANDA SISMICA
• livello di confinamento f(NSPT o qc) • entità dello scuotimento (amax)
• percentuale di fine (FC) • magnitudo al sito (MW)
• stato di addensamento iniziale • livello di confinamento
Ad una certa profondità da PC, se CSR supera
CRR si assume, in modo deterministico, che il
fenomeno di liquefazione sia possibile.Liquefazione e cedimenti nel terreno
Valutazione suscettibilità a liquefazione condotta:
approccio deterministico basato sul fattore di sicurezza FS e approccio probabilistico secondo
cui il potenziale di liquefazione è espresso in termini di probabilità di liquefazione PL
stima puntuale della suscettibilità alla liquefazione alle diverse profondità e globale lungo la
verticale dell’incidenza del fenomeno e delle sue conseguenze:
Liquefaction 20 Liquefaction 20
Potential Index LPI F z w z dz Severity Index LSI PL z w F z dz
(Iwasaki et al., 1978) 0 (Yilmaz, 2004) 0
tre metodologie indipendenti sia per SPT che per CPT
porto di Gioia Tauro:
dati SPT da 30 sondaggi
Stima cedimenti ed espansioni laterali indotte nel terreno da liquefazione con approcci semplificati.Liquefazione e cedimenti nel terreno
Individuazione correlazioni empiriche per dati SPT più adatte a valutare la suscettibilità a liquefazione è
una questione delicata, dibattuta dagli specialisti di tutto il mondo (Seed, 2010; Boulanger e Idriss, 2014)
Tre metodologie indipendenti:
Metodologia A: metodo largamente
SPT-B SPT-C impiegato di Youd et al. (2001) e per PL
formula di Toprak et al. (1999).
Cedimenti: Ishihara e Yoshimine (1992)
SPT-A Metodologia B: approccio di Idriss e
Boulanger (2008) e la sua versione
probabilistica di Boulanger e Idriss
(2012). Cedimenti: Yoshimine et al.
(2006)
Metodologia C: Cetin et al. (2004) per
FS e PL e Cetin et al. (2009) per
cedimenti.
(Idriss e Boulanger, 2012)Liquefazione e cedimenti nel terreno Risultati più cautelativi si ottengono, come atteso (Seed, 2010), applicando la Metodologia C. Per TR=950 anni, LPI risulta nullo in tutta l’area portuale, mentre LSI ha un valore massimo di 0.1 limitato solo alla zona della Banchina ABC => conseguenze attese sul terreno e sulle strutture con esso interagenti a causa della mappe suscettibilità a liquefazione sostanzialmente trascurabili. liquefazione => webGIS Cedimenti verticali non particolarmente rilevanti: valore massimo di circa 3 cm nella zona della Banchina ABC. LDI raggiunge valori che non superano i 28 cm nella zona Banchina Nord F’ e della Banchina ABC. Tre approcci indicano un basso potenziale liquefazione per le aree investigate al porto di Gioia Tauro.
Applicazione procedura HAZUS
Valutazione con curve di fragilità ed espressa in termini di potenziale livello di danno e tempi di riprisitino
stimati con curve di ripristino utilizzando procedura HAZUS (NIBS, 2004) -> per il contesto
nordamericano, ma ragionevolmente applicate anche in ambito europeo (progetto SYNER-G 2009-2012).
Applicazione alle principali strutture portuali di Gioia Tauro:
banchine
attrezzature per il carico/scarico di merci in HAZUS non c’è
distinzione tra i diversi
infrastrutture di distribuzione elettricità
tipi di opere di accostoNuove curve di fragilità per banchine In corso studi finalizzati alla messa a punto di curve di fragilità ad hoc per le opere portuali di accosto. In ambito europeo, progetto di ricerca REAKT 2011-2014 ha avuto, tra gli altri, l’obiettivo di sviluppare curve di fragilità stato-dipendenti per banchine portuali marittime. Ad EUCENTRE, specifici studi finalizzati allo sviluppo di curve di fragilità analitiche per due tipologie di banchine molto diffuse in Italia: le banchine a blocchi rigidi sovrapposti (Calabrese e Lai, 2013) e le banchine su pali (Mirfattah, 2013; Bozzoni et al., 2014).
Nuove curve di fragilità per banchine Definizione quantitativa dei livelli di danno ottenuta da analisi sul sistema target. a) 10cm=> danno lieve b) 15cm=> danno moderato c) 30cm=> danno esteso d) 50cm=> danno completo
Nuove curve di fragilità per banchine
Prima applicazione delle nuove curve di fragilità per banchine su pali al porto di Gioia Tauro.
Fragility Curves
1 0.03
0.9
0.025 X: 0.1201
Tr=2475years
0.8
Probability of damage-stateexceedance
Y: 0.02193
0.7
0.02 Tr=950years
X: 0.0851
0.6
Sd(T=0.3) [m]
Y: 0.01578
0.5 0.015 Tr=475years
0.4
X: 0.0441
0.01 Y: 0.008028 Tr=200years
0.3 DS1
0.2
DS2 Tr=100years
LS1
DS3 0.005 Tr=50years
LS2
0.1 DS4
LS3
0 0
0 0.5 1 1.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Perm-GD[m] EDP1: Horizontal displacement of deck [m]
Confronto tra i livelli di danno stimati per la banchina Alti fondali di Gioia Tauro ottenuti con le nuove
curve di fragilità e quelli ottenuti applicando la procedura standard proposta in HAZUS (NIBS, 2004)
=> buon accordoScenari di danno per le strutture portuali Scenario di danno sismico atteso per le principali strutture ed infrastrutture del porto di Gioia Tauro per TR=950 anni, sviluppato in ambiente GIS. Livello di danno per le banchine è lieve in poche aree => potrebbero formarsi alcune fratture sulla superficie delle banchine e, quindi, essere necessari interventi di riparazione (indivativamente in non più di 15 giorni). Danno atteso per gru e componenti del sistema elettrico: moderato.
Ulteriori dettagli nelle seguenti pubblicazioni: Famà A., Bozzoni F., Lai C.G. (2014). “Valutazione in ambiente GIS del danno sismico di strutture portuali marittime: il caso del porto di Gioia Tauro”. Progettazione Sismica - Vol. 5, N. 2, Anno 2014
Ulteriori dettagli nelle seguenti pubblicazioni: Bozzoni F., Famà A., Lai C.G., Mirfattah S.A. (2014). “Seismic risk assessment of seaports using GIS: the port of Gioia Tauro in Southern Italy”. Proceedings 33rd PIANC World Congress, San Francisco, USA, June 1-5, 2014.
Piattaforma webGIS
Puoi anche leggere
