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SEMINARIOSEMINARIOMilano, 13 ottobre 2006Milano, 13 ottobre 2006

LA DEFINIZIONE DELLLA DEFINIZIONE DELL’’INPUT SISMICO INPUT SISMICO PER GLI SCENARI DI DANNOPER GLI SCENARI DI DANNO

Aspetti metodologici ed esempi applicativiAspetti metodologici ed esempi applicativi

Angelo MASIDiSGG, Università della Basilicata (angelo.masi@unibas.it)

Centro di Competenza sul Rischio Sismico della Regione Basilicata (CRiS) www.crisbasilicata.it

Comune di Potenza

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PREPARAZIONE SCENARI DI DANNO

Studio della sismicitàstorica

Caratterizzazione tipologica degli edifici privati

Valutazione della vulnerabilità

Stima del danno

Scenario dei danni strutturali, non strutturali, economici

Valutazione delle conseguenze attese sulla popolazione

Scelta dell’evento di riferi-mento (scenario sismico)

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SCENARIO SISMICO

Come viene espressa l’intensità negli scenari ??Nella preparazione di scenari l’evento di riferimento viene in genere espresso in termini di intensità macrosismicaIn Italia l’intensità più frequentemente adoperata è la MCSEsempioAnalisi di scenario effettuate dal DPC/USSN (SSN 2001, Orsini et al.2004)

Che legame vi è tra intensità strumentale e macrosismica ??Può essere adottata una delle relazioni di Margottini et al., 1987:PGA=3.353*100.22 I_MCS I_MCS=(1/0.22)Log10(PGA/3.353)

Servizio Sismico Nazionale, Il Rischio Sismico, Ingegneria Sismica, n. 1, 2001 Orsini G., Di Pasquale G., Martini G., Lo Presti T., Il terremoto del 2002 in Molise e Puglia: lo scenario sismico, confronti tra stime preliminari e rilievi sul campo, Ingegneria Sismica, n. 1, 2004Margottini C., Molin D., Narcisi B., Serva L., Intensity vs. acceleration: italian data, Proceedings of Workshop on Historical Seismicity of Central-Eastern Mediterranean Region, Roma, 27-29 ottobre 1987

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INTENSITÀ MACROSISMICA

Che legame vi è tra le diverse scale macrosismiche ??Per trasformare l’intensità in scala MSK a partire dalla scala MCS, si può fare ancora riferimento a (Margottini et al., 1987) ottenendo il PGA in funzione dell’intensità MCS e MSK:

PGA=3.353*100.22 I_MCS PGA=2.279*100.258 I_MSK

Da cui si ottengono le seguenti relazioni tra I_MCS e I_MSK:I_MCS=1.17*I_MSK - 0.76 I_MSK=(I_MCS + 0.76)/1.17

PGA IEMS IMCSIl legame tra I_MSK e I_EMS viene commentato nel manuale della scala EMS98 (ESC 1998), Chapter 4. The usage of intensity scales:In most cases there should be no difficulty in converting between MSK values and EMS values on the system MSK = EMS

0.05 V V-VI

0.07 V-VI VI

0.1 VI VII

0.15 VII VIII.

ESC Working Group "Macroseismic Scales". European Macroseismic Scale 1998. GeoForschungsZentrum Potsdam, Germany, 1998.

0.2 VII-VIII IX

0.25 VIII IX-X

0.3 VIII X

0.35 VIII-IX X

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CONSIDERAZIONI INTRODUTTIVE

Tutti gli studi di bibliografia evidenziano la grande importanzadell’input sismico nella valutazione della risposta sismica delle strutture.

La scelta del tipo di input da adoperare nelle analisi dipende fortemente dall’obiettivo:SCENARI input “realistico”PROGETTAZIONE input “convenzionale”

Nella predisposizione di Scenari come scegliere un input sismico che sia realistico ma al tempo stesso non dia luogo a risposte singolari ??

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ATTIVITÀ IN CORSO

Progetti sismologici DPC/INGV

Progetto S3 - Scenari di scuotimento in aree di interesse prioritario e/o strategico

Coordinatori: F. Pacor e M. Mucciarelli

Progetto Triennale 2005–2008 DPC/RELUIS

Linea 10 - Definizione e sviluppo di archivi di dati per la valutazione del rischio, la pianificazione e la gestione dell’emergenza

Coordinatore: D. Liberatore

Responsabile UR UniBas: A. Masi

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Progetto DPC/RELUIS, Linea 10

Riunione Genova, 10 luglio 2006

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ATTIVITÀ IN CORSO

ECEES 2006 - Common Session CS6Early warning, shaking and loss scenarios

On Shaking and Loss Scenarios A significant effort went during the last few years into research on ground shaking and loss scenarios: besides national studies (e.g. on the cities of Catania, Thessaloniki, Lisbon), the EC Risk_UE project (2001-2004) was entirely devoted to developing a European based approach to earthquake scenarios and to applying it to seven cities directly involved in the project. Within the ongoing LessLoss IP of the EC, begun in 2004, two subprojects deal with loss scenarios and mitigation measures (for buildings and for infrastructure systems).

Ground shaking representationsComputational seismologists favour advanced source and wave propagation modelling to predict the ground motions expected in an urban area. However, especially in Europe, observations for calibrating damage estimations for large numbers of buildings, e. g. through DPM (Damage Probability Matrices), use mostly macroseismic intensity to describe shaking. More elaborate approaches use nonlinear mechanical models to predict the performance of engineering structures, and the response spectrum to represent seismic demand, but are not as extensively calibrated as those based on intensity. Under these circumstances, are synthetic ground motions generated by sophisticated simulations really justified in scenario practice?Should we not favour the simpler approaches?

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ATTIVITÀ IN CORSO

Workshop INGV-ReLUIS INPUT SISMICOAnacapri, 12-13 giugno 2006

• Sintesi degli aspetti ingegneristici

• Sintesi degli aspetti sismologici

• Tabella di definizione dei parametri più significativi per la risposta sismica delle opere ingegneristiche

Tutti i file sono scaricabili dal sito www.unina.reluis.it

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QUALE INPUT ADOTTARE ?

Le caratteristiche dell’input sismico (SI) da adottare dipendono dal modello di vulnerabilità e di stima del danno (DEM) adottati e/o disponibili

DEM SI RiferimentiMatrici di probabilitàdi danno, DPM (probabilistiche)

Intensità macrosismica (IMCS, IMSK, IEMS)

Irpinia ’80EMS-98

Curve di Fragilità, FC (probabilistiche)

Intensità spettrale(Sd, Sv, Sa)

HAZUSRISK-UE

Curve di danno, DC (deterministiche)

Intensità strumentale (PGA, IA, IH, …)

Convenzioni UniBas-SSNStudi Masi et al., Cosenza etal., Elnashai, Elenas, ..

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Matrici di probabilità di danno italiane (DPM)

Gli edifici non antisismici rilevati dopo il sisma ’80 sono state raggruppati nelle tre classi di vulnerabilità (classi A, B, C) considerate nella scala macrosismica MSK-76 (Braga, Dolce e Liberatore, 1982).

Per considerare la presenza di edifici antisismici o adeguati è stata successivamente introdotta un'ulteriore classe a minore vulnerabilità (classe D). La relativa DPM è stata ricavata da Dolce, Masi e Vona a partire dalle DPM già disponibili e tenendo conto delle indicazioni tratte dalla scala EMS98

S t r u t t u r e v e r t i c a l i

S t r u t t u r eo r i z z o n t a l i

M u r a t u r ad i q u a l i t às c a d e n t e

M u r a t u r ad i q u a l i t à

m e d i a

M u r a t u r ad i b u o n a

q u a l i t à

C e m e n t oa r m a t o

S i s t e m i a v o l t e om i s t i

A A A

S o l a i i n l e g n o c o n os e n z a c a t e n e A A B

S o l a i i n p u t r e l l e c o no s e n z a c a t e n e B B C

S o l a i o s o l e t t e i nc e m e n t o a r m a t o B C C C

E d i f i c i a n t i s i s m i c i oa d e g u a t i D D D D

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Nessun danno

Livello 0: danno nullo

Livelli di danno negli edifici in muratura

Classificazione del danno (scala EMS98)

Moderato dannoStrutturaleForte danno

Non Strutturale

Livello 3: danno grave

Grave dannoStrutturale

Crollo Parziale

Livello 4: danno gravissimoLivello 1 : danno lieveNessun danno

StrutturaleLieve danno

Non Strutturale

Lieve dannoStrutturale

Moderato dannoNon Strutturale

Livello 2: danno medio

Crollo Totale

Livello 5: danno totale

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Utilizzo delle DPM

MATRICI DI PROBABILITA' DI DANNOLivello di danno

Intensità 0 1 2 3 4 5

Classe A VI 18,8 37,3 29,6 11,7 2,3 0,2VII 6,4 23,4 34,4 25,2 9,2 1,4VIII 0,2 2,0 10,8 28,7 38,1 20,2IX 0,0 0,1 1,7 11,1 37,2 49,8X 0,0 0,0 0,2 3,0 23,4 73,4

Classe B VI 36,0 40,8 18,5 4,2 0,5 0,0VII 18,8 37,3 29,6 11,7 2,3 0,2VIII 3,1 15,5 31,2 31,3 15,7 3,2IX 0,2 2,2 11,4 29,3 37,6 19,3X 0,0 0,1 1,7 11,1 37,2 49,8

Classe C VI 71,5 24,8 3,5 0,2 0,0 0,0VII 40,1 40,2 16,1 3,2 0,3 0,0VIII 13,1 32,9 33,0 16,5 4,1 0,4IX 5,0 20,6 33,7 27,6 11,3 1,8X 0,5 4,9 18,1 33,6 31,2 11,6

Classe D VI 90,0 9,0 1,0 0,0 0,0 0,0VII 71,5 24,8 3,5 0,2 0,0 0,0VIII 40,1 40,2 16,1 3,2 0,3 0,0IX 13,1 32,9 33,0 16,5 4,1 0,4X 5,0 20,6 33,7 27,6 11,3 1,8

ESEMPIO

Edifici con vulnerabilitàdi Classe B

Intensità sismica VIII

Il 31.3% degli edifici subisce un danno di livello 3

Moderati DanniStrutturale

Gravi Danni Non Strutturali

Livello di danno 3

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Classi di vulnerabilità EMS 98

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QUALE INPUT ADOTTARE ?

Le caratteristiche dell’input sismico (SI) da adottare dipendono dal modello di vulnerabilità e di stima del danno (DEM) adottati e/o disponibili

DEM SI RiferimentiMatrici di probabilitàdi danno, DPM (probabilistiche)

Intensità macrosismica (IMCS, IMSK, IEMS)

Irpinia ’80EMS-98

Curve di Fragilità, FC (probabilistiche)

Intensità spettrale(Sd, Sv, Sa)

HAZUSRISK-UE

Curve di danno, DC (deterministiche)

Intensità strumentale (PGA, IA, IH, …)

Convenzioni UniBas-SSNStudi Masi et al., Cosenza etal., Elnashai, Elenas, ..

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CURVE DI FRAGILITÀ HAZUS

HAZUS – Multi-Hazard: FEMA’s GIS-based, Multi-hazard Risk Assessment

Program for Analyzing Potential Losses

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• Tipologia strutturale• Altezza• Livello di progettazione antisismica• Qualità costruttiva• Parametri strutturali che influenzano la resistenza sismica• Elementi non strutturali suscettibili di danno• Pratiche costruttive regionali• Variabilità dei parametri all’interno delle classi

Nell’individuazione delle classi sono considerati i seguenti aspetti:

CLASSIFICAZIONE DEGLI EDIFICI

• Le classi riprendono le indicazioni riportate nelle norme FEMA 178.

• La classificazione degli edifici è fatta anche sulla base della destinazione d’uso

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Classificazione tipologie edilizie

Sono previste in totale 36 tipologie edilizie

EsempioLa classe C1L include gli edifici in cemento armato a struttura intelaiata (Concrete Moment Frame), bassi (Low-Rise) ossia con un numero di piani compreso tra 1 e 3.

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Classificazione Livello di Prog. Sismica e Qualità Costruttiva

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DANNO FISICO

La severità del danno agli edifici è descritta da 5 livelli:

• Nullo

• Lieve

• Moderato

• Esteso

• Totale

Si noti la differenza con la classificazione del danno della EMS98, che prevede 5 livelli di danno, oltre al danno nullo.Si può ritenere che il danno 4-5 della EMS98 coincida con danno totale.

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CURVE DI FRAGILITÀ

• Le curve di fragilità esprimono la probabilità di raggiungimento di un prefissato livello di danno in funzione ad es. dello spostamento spettrale

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CURVE DI FRAGILITÀ• Ogni curva di fragilità è definita dal valore medio del parametro sismico

(spostamento spettrale Sd, Sa) in corrispondenza del quale si raggiunge la soglia di uno stato di danneggiamento.

• I valori medi degli spostamenti spettrali e la loro variabilità sono determinati, per ogni classe di edificio individuata e livello di danno, sulla base di combinazioni di dati forniti da terremoti passati e giudizi esperti.

• La probabilità condizionata di raggiungere o superare un livello di danno ds, dato lo spostamento spettrale Sd è data da:

[ ]⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Φ=

dsd

d

dsd S

SSdsP,

ln1|β

è il valore medio dello spostamento spettrale a cui l’edificio raggiunge il livello di danno dsè la deviazione standard del logaritmo naturale dello spostamentospettrale per il livello di danno dsè la funzione cumulativa normale standard

dsdS ,

dsβ

Φ

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QUADRO DI SINTESI

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RISK -UE

Matrice delle tipologie per edifici in muratura (27 tipologie)

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RISK -UE

Matrice delle tipologie per edifici c.a. (21 tipologie)

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RISK -UE

Matrice delle tipologie per edifici in acciaio e in legno (17 tipologie)

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RISK -UE

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RISK -UE

Alcune proposte di curve di fragilità per la tipologia RC1M HC (RC moment frames, Mid-rise, High Code)

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QUALE INPUT ADOTTARE ?

Le caratteristiche dell’input sismico (SI) da adottare dipendono dal modello di vulnerabilità e di stima del danno (DEM) adottati e/o disponibili

DEM SI RiferimentiMatrici di probabilitàdi danno, DPM (probabilistiche)

Intensità macrosismica (IMCS, IMSK, IEMS)

Irpinia ’80EMS-98

Curve di Fragilità, FC (probabilistiche)

Intensità spettrale(Sd, Sv, Sa)

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Curve di danno, DC (deterministiche)

Intensità strumentale (PGA, IA, IH, …)

Convenzioni UniBas-SSNStudi Masi et al., Cosenza etal., Elnashai, Elenas, ..

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INTENSITÀ STRUMENTALE: Parametri sismici

I parametri sismici sono ricavati dalla registrazione dell’evento e possono essere utilizzati per valutare il potenziale distruttivo dell’evento.

• Parametri di picco: PGA, PGV, PGD, rapporti tra essi

• Parametri integrali: Intensità di Arias IA, fattore di Saragoni PD, Intensità di Housner IH

• Durata: durata efficace di Trifunac e Brady td

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PARAMETRI SISMICI: Definizioni

Intensità di Arias IA ( )Ig

a t dtA

t

= ⋅ ∫π2

2

0

Fattore di Saragoni PD

Intensità di Housner IH

Durata efficace di Trifunac e Brady td

PD = IA / (υ0)2

( )I S T dTH pv= =∫ , ..

.ξ 0 05

0 1

2 5

Intervallo di tempo che intercorre tra il 5% ed il 95% dell’intensità di Arias IA

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UN ESEMPIO: Kwon & Elnashai, The effect of material and ground motion uncertainty on the seismic vulnerability curves of RC structure, Engineering Structures 28 (2006)

ServiceabilityLimit State

Curve di vulnerabilità per diversi set di accelerogrammi(a/v=PGA/PGV)

Collapse PreventionLimit State

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UN ESEMPIO: Kwon, Elnashai, The effect of material and ground motion uncertainty on the seismic vulnerability curves of RC structure, Engineering Structures 28 (2006)

CONCLUSION• ….• At high ground motion levels, material properties contribute to the

variability in structural response, but the resulting variability ismuch smaller than that due to ground motion variability.

• Input motion characteristics have a most significant effect on vulnerability curves. Therefore, meticulous consideration isrequired when ground motions are selected.

Il ruolo dell’input appare molto più importante delle proprietà dei materiali.Ci potrebbe essere un problema: la variabilità delle proprietà dei materiali viene considerata soltanto nel calcolo della domanda e non nel calcolo della capacità (ISD limite)

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Seismic Response Evaluation: METHODOLOGY (Masi, 2003)

• Structural Codes in force• Handbooks typically used• Design current practice

SIMULATED DESIGN (only gravity loads)• Internal forces computation (simplified models)• Reinforcement amount design

Typical RC structures inventory

STRUCTURAL TYPE SELECTION

NON LINEAR SEISMIC RESPONSE ANALYSIS• RC members and infill modeling• Available ductilities• Degrading properties• Damage model -1

-0.50

0.5

1

010 20 30

-1-0.5

0

0.5

1

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0

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-1-0.5

0

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1

010 20 30

M

φ

M

φ

M

φ

M

φ

Masi, A., 2003. Seismic vulnerability assessment of gravity load designed R/C frames, Bulletin of Earthquake Engineering, Vol. 1, N. 3, 2003.

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Seismic Response Evaluation: ANALYSED STRUCTURES

Typical characteristics of buildings designed only to vertical loads

Moment resisting frames are the most widespread structural typeThe majority are medium-rise buildings particularly in the 3-5 storeyrange, with internal beams spanning in one direction onlyThe horizontal stiffness of the vertical resisting elements is more or lesssymmetrically distributedInfill masonry walls are typically present, sometimes not at the groundfloor

Presence and position of infill masonrywalls

BareFrame (BF)

PilotisFrame (PF)

InfilledFrame (IF)

Telai diestremità

Travi portantiLongitudinal Frames

Transverse Frames

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Seismic Response Evaluation: DAMAGE MODEL

• Damage is classified according to the European Macroseismic Scale of 1998: six damage levels from 0 (no damage) to 5 (destruction)

• Damage levels Ld are assigned on the basis of Drift values.

Ld Definition (EMS98) Drift / h [%]

0 SD = nullNSD = null < 0.1

1 SD = nullNSD = slight 0.1 - 0.25

2 SD = slightNSD = moderate 0.25 - 0.5

3 SD = moderateNSD = heavy 0.5 - 1.0

4 SD = heavyNSD = very heavy 1.0 - 1.5

5 Destruction 1.5 – 2.5 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00

0

1

2

3

4

5

Drift / h [%]

Dam

age

leve

lsL

d

SD = Structural DamageNSD = Non Structural Damage

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Seismic Response Evaluation: SEISMIC INPUT

Artificial, simulated and recorded time histories are used in the non linear dynamic analyses.

• 30 recordings drawn from the European Strong Motion DataBase

• PGA = 0.04 ÷ 0.36 g

• Arias Intensity IA = 0.03 – 2.88 m/s

Natural (recorded) accelerograms

Artificial (SIMQKE) and Simulated (BELFAGOR) accelerograms

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4 5

T [s]

Se /

a g

• EC8 response spectrum for type B soil

• PGA = 0.06 ÷ 0.42 g

• IA (SIMQKE) = 0.08 – 7.50 m/s

• IA (BELFAGOR) = 0.05 – 3.34 m/s

Ang

e lo

MA

SI

La

d efin

izio

ne d

e ll’I

n pu t

sis m

i co

per g

l i sc

ena r

i di d

anno

NATURAL accelerograms characteristicsN° PGA tmax IA td PGV PGA / PGV IH PD

[m/s] [cm/s] [g/ms-1]1 0.037 24.57 0.03 15.05 2.05 1.80 0.09 8.9682E-052 0.066 65.00 0.04 8.26 3.74 1.75 0.16 1.3568E-053 0.078 40.47 0.05 6.80 4.08 1.91 0.14 4.0637E-054 0.099 30.68 0.06 9.89 3.65 2.70 0.18 7.5155E-055 0.132 33.58 0.10 6.08 5.18 2.55 0.17 1.4113E-046 0.143 59.84 0.13 3.47 6.77 2.12 0.22 2.8496E-057 0.157 28.26 0.16 7.12 8.58 1.83 0.30 3.1562E-048 0.166 33.60 0.14 6.02 6.68 2.49 0.20 2.1224E-049 0.185 26.12 0.14 4.93 6.23 2.96 0.17 1.0614E-04

10 0.189 21.47 0.27 4.03 10.32 1.83 0.40 6.1860E-0411 0.214 22.00 0.38 4.61 10.82 1.97 0.40 9.5010E-0412 0.215 25.83 0.60 5.49 59.58 0.36 1.68 1.0915E-0313 0.230 41.84 0.63 12.85 25.20 0.91 0.97 4.3875E-0414 0.231 19.79 0.26 4.96 10.82 2.13 0.40 6.4528E-0415 0.232 18.56 0.37 1.76 11.83 1.96 0.45 8.9747E-0416 0.237 21.58 0.27 4.03 32.94 0.72 1.30 8.1575E-0417 0.253 23.10 0.34 4.78 7.48 3.39 0.31 3.3761E-0418 0.265 39.04 0.34 5.52 22.45 1.18 1.04 6.8225E-0419 0.281 56.19 0.57 4.69 11.31 2.48 0.38 2.3607E-0320 0.294 7.74 0.50 3.11 7.85 3.75 0.23 2.3428E-0521 0.296 60.00 1.24 15.85 13.95 2.12 0.75 1.0147E-0422 0.300 18.14 0.38 2.49 9.92 3.03 0.36 1.8974E-0423 0.306 48.20 1.95 11.01 53.99 0.57 2.34 6.5238E-0324 0.310 45.97 0.68 5.09 17.25 1.80 0.63 1.6678E-0425 0.329 23.10 0.44 4.01 16.22 2.03 0.58 1.7939E-0426 0.330 48.30 0.61 11.12 16.01 2.06 0.54 1.8970E-0327 0.338 39.94 1.46 21.57 25.02 1.35 0.96 9.8635E-0428 0.346 36.26 0.74 2.99 13.63 2.54 0.49 2.5522E-0429 0.361 27.15 1.31 11.11 18.80 1.92 0.95 4.5400E-0430 0.363 47.79 2.88 16.19 52.00 0.70 2.80 1.8387E-03

Accelerogrmma 15

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

0 1 2 3 4 5[s]

[g]

Accelerogrmma 24

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

0 1 2 3 4 5[s]

[g]

Accelerogrmma 30

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

0 1 2 3 4 5[s]

[g]

Some examples of ResponseSpectra

Accelerogram 15

Accelerogram 24

Accelerogram 30

Ang

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MA

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La

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anno

SIMQKE accelerograms characteristicsSIMQKE artificial accelerograms have been generated according to a trapezoidal envelope dependent on the considered PGA value. Seven PGA values, in the range 0.06-0.42g, have been considered .The numerical simulations have been carried out by using 8 artificial accelerograms for each intensity. The values of the response parameters are obtained as averages of the results of the 8 step-by-step analyses.

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0 2 4 6 8 10 12 14

[s]

[g]

t1 t2 t3 ttot PGA PGV td PGA / IA IH Pd

[s] [s] [s] [s] [g] [m/s] [m/s] PGV [m/s] [m/s] [m/s]

2.6 10.0 2.0 14.6 0.060 0.060 10.7 1.002 0.080 0.28 2.11E-04

2.6 10.0 2.0 14.6 0.120 0.120 10.9 1.006 0.328 0.55 8.11E-04

3.3 12.5 2.5 18.0 0.180 0.166 13.3 1.095 0.855 0.83 1.30E-03

4.0 15.0 3.0 21.8 0.240 0.228 15.9 1.057 1.768 1.11 1.79E-03

4.6 17.5 3.5 25.2 0.300 0.300 18.6 1.016 3.107 1.38 2.20E-03

5.3 20.0 4.0 28.3 0.360 0.350 21.1 1.044 5.012 1.66 2.73E-03

6.0 22.5 4.5 32.6 0.420 0.400 24.1 1.065 7.501 1.95 3.11E-03

Ang

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anno

BELFAGOR accelerograms characteristics

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0 2 4 6 8 10 12 14

[s]

[g]

BELFAGOR is a computer code derived from an older code (PhySimqe, Mucciarelli et al., 1997) based on the theoretical work by Sabetta and Pugliese(1996).It is able to mimic real accelerograms for similar magnitude, distance and site conditions and, at the same time, converge in frequency domain to a reference response spectrum.

ttot PGA PGV td PGA / IA IH Pd

[s] [g] [m/s] [m/s] PGV [m/s] [m/s] [m/s]

17.0 0.061 0.049 6.7 1.266 0.048 0.23 1.88E-04

18.0 0.135 0.107 6.0 1.277 0.184 0.48 6.78E-04

17.0 0.213 0.164 6.8 1.295 0.437 0.76 1.84E-03

17.0 0.271 0.198 8.3 1.375 0.828 1.05 3.41E-03

32.0 0.339 0.261 11.9 1.293 1.689 1.34 3.07E-03

27.0 0.367 0.277 15.9 1.335 2.594 1.57 5.33E-03

29.5 0.417 0.348 16.0 1.210 3.340 1.78 6.94E-03

Ang

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anno

Comparison Natural - Synthetic accelerograms

PGA – IA

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50

PGA [g]

IA [m

/s]

NATSIMQKEBELFAGOR

The natural accelerograms have values of IA far lower than the correspondent ones of the artificial (SIMQKE) accelerograms, while there are smaller differences when compared to the BELFAGOR accelerograms

Ang

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anno

Comparison Natural - Synthetic accelerograms

PGA – PD

0.E+00

2.E-03

4.E-03

6.E-03

8.E-03

1.E-02

1.E-02

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50PGA [g]

PD

NATSIMQKEBELFAGOR

Ang

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anno

Comparison Natural - Synthetic accelerograms

PGA – IH

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50

PGA [g]

IH [m

/s]

NATSIMQKEBELFAGOR

Ang

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anno

Comparison Natural - Synthetic accelerograms

PGA / PGV

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

PGA

/ PG

V

Naturali

SIMQKEBELFAGOR

Accelerogrmma 24

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

0 1 2 3 4 5[s]

[g]

Accelerogrmma 30

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

0 1 2 3 4 5[s]

[g]

Accelerogram 24

Accelerogram 30

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4 5

T [s]

Se /

a g

The PGA/PGV ratio implicitly accounts for many characteristics of seismic time histories. Low PGA/PGV values signify earthquakes with low predominant frequencies and broader response spectra. Conversely high PGA/PGV ratios represent high predominant frequencies and narrow band spectra.

SIMQKE and BELFAGOR

response spectrum

Ang

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anno

Seismic Response Evaluation: BARE FRAMES

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50PGA

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00IA

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

Damage 5 Damage 4 Damage 3 Damage 2 Damage 1 Damage 0

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00IH

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012PD

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

Ang

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anno

Seismic Response Evaluation: INFILLED FRAMES

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50PGA

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00IA

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

Damage 5 Damage 4 Damage 3 Damage 2 Damage 1 Damage 0

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00IH

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012PD

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

Ang

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anno

Seismic Response Evaluation: PILOTIS FRAMES

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50PGA

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00IA

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

Damage 5 Damage 4 Damage 3 Damage 2 Damage 1 Damage 0

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00IH

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012PD

Dri

ft/h

(%)

SIMQKE BELFAGOR NAT

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anno

SOME REMARKS

When using artificial accelerograms generated by the SIMQKE codeunrealistic damage levels are computed. They are too onerous when compared to real accelerograms, assuming equal PGA values.

SIMQKE accelerograms appear inadequate in setting up damage curves to be used in earthquake scenarios.

Results closer to the behaviour shown by RC buildings in past earthquakes are obtained by applying real accelerograms. However, using them the results show a very high scatter.

Assuming equal PGA values, intermediate results are obtained using simulated time histories generated by the BELFAGOR code.

By comparing the results obtained with the three types of seismicinput almost coincident values of the seismic response are obtainedwhen assuming equal Housner Intensity values. This emphasizesthat IH can be an effective seismic parameter to represent the damage potential of a seismic time history.

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anno

Periodi e frequenze fondamentali (in campo elastico)

Caso H T1_BF (s) T1_IF (s) T1_PF (s) f1_BF (Hz) f1_IF (Hz) f1_PF (Hz)1 6 0,44 0,27 0,37 2,3 3,7 2,72 6 0,54 0,28 0,39 1,9 3,6 2,63 6 0,51 0,32 0,42 2,0 3,1 2,44 6 0,6 0,34 0,44 1,7 2,9 2,31 12 0,88 0,51 0,63 1,1 2,0 1,62 12 1,15 0,54 0,67 0,9 1,9 1,53 12 1,03 0,63 0,74 1,0 1,6 1,44 12 1,3 0,67 0,78 0,8 1,5 1,31 24 1,6 1 1,03 0,6 1,0 1,02 24 2,28 1,07 1,12 0,4 0,9 0,93 24 1,89 1,22 1,26 0,5 0,8 0,84 24 2,56 1,31 1,36 0,4 0,8 0,7

EdificiBassi

EdificiMedi

EdificiAlti

Presence and position of infill masonrywalls

BareFrame (BF)

PilotisFrame (PF)

InfilledFrame (IF)

Telai diestremità

Travi portantiLongitudinal Frames

Transverse Frames

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anno

Periodi e frequenze fondamentali (in campo elastico)

T1_PF=0,101 H0,7765

R2 = 0,9619

T1_IF=0,0536 H0,9625

R2 = 0,9648

T1_BF=0,0894 0,9904

R2 = 0,9339

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 5 10 15 20 25 30

altezza dell'edificio H (m)

Peri

odo

fond

amen

tale

T1

(s)

T1_BF (s)T1_IF (s)T1_PF (s)Potenza (T1_PF (s))Potenza (T1_IF (s))Potenza (T1_BF (s))

Ang

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anno

Periodi e frequenze fondamentali (in campo elastico)

f1_BF = 11,19 H-0,9904

R2 = 0,9339

f1_IF =18,659 H-0,9625

R2 = 0,9648

f1_PF=9,8991 H-0,7765

R2 = 0,9619

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 5 10 15 20 25 30

altezza dell'edificio H (m)

Freq

uenz

a fo

ndam

enta

le f1

(Hz)

f1_BF (Hz)f1_IF (Hz)f1_PF (Hz)Potenza (f1_BF (Hz))Potenza (f1_IF (Hz))Potenza (f1_PF (Hz))

Edifici bassi

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anno

SCENARI DI DANNO E CONSEGUENZE SCENARI DI DANNO E CONSEGUENZE ATTESE SULLA POPOLAZIONEATTESE SULLA POPOLAZIONE

ESERCITAZIONE NAZIONALE DI PROTEZIONE CIVILE

VAL D’AGRI 2006, 11 –14 maggio 2006

Angelo MASI (coordinatore), Marco MUCCIARELLI, Maria R. Gallipoli, Carmelinda SAMELA, Marco VONA, Giuseppe

SANTARSIERO

DiSGG, Università della Basilicata, PotenzaCentro di Competenza sul Rischio Sismico della Regione Basilicata (CRiS)

Regione Basilicata

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anno

ATTIVITA’ PREVISTE

Predisposizione di 3 scenari di danno e di conseguenze attese sulla popolazione conseguenti a:- 3 scenari di evento forniti dall’INGV riferiti all’evento sismico del 1857 (magnitudo equivalente 7.1, I_MCSmax = XI);- 1 scenario di esposizione relativo ad un evento notturno (tutta la popolazione nelle proprie case).

Predisposizione di grafici e mappe GIS in cui siano rappresentati la vulnerabilità del patrimonio edilizio privato, i danni e le conseguenze attese sulla popolazione per i diversi scenari.

Collaborazione con le istituzioni e le altre strutture di Protezione Civile impegnate nell’esercitazione.

Attività di formazione – informazione – divulgazione rivolta ad amministratori e tecnici comunali, ad operatori di volontariato ed al mondo della scuola.

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anno

AREA COINVOLTA NELL’ESERCITAZIONE

VAL VAL DD’’AGRIAGRI, BASILICATA, BASILICATA

ArmentoGallicchioGrumento NovaMarsico NuovoMarsicovetereMissanelloMoliternoMontemurroPaternoRoccanovaS. ChiricoS. Martino d'AgriSant'ArcangeloSarconiSpinosoTramutolaViggiano

Comuni interessatiComuni interessati

Ang

e lo

MA

SI

La

d efin

izio

ne d

e ll’I

n pu t

sis m

i co

per g

l i sc

ena r

i di d

anno

SCENARI DI EVENTO

Gli scenari di evento sono stati forniti dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ed elaborati dal Prof. Marco Mucciarellidel DiSGG.Sono stati predisposti 3 scenari di evento:• Scenario 1 (SE) 15.700 E 40.425 N M = 6.9• Scenario 2 (BI) 15.800 E 40.350 N M = 6.9• Scenario 3 (NW) 15.875 E 40.275 N M = 6.9

Scenario di evento SEScenario di evento SE Scenario di evento BIScenario di evento BI Scenario di evento NWScenario di evento NW

““Scenario estrattoScenario estratto””

Ang

e lo

MA

SI

La

d efin

izio

ne d

e ll’I

n pu t

sis m

i co

per g

l i sc

ena r

i di d

anno

SCENARI DI EVENTO

Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3

COMUNE MCS_SE MCS_BI MCS_NW

Marsico Nuovo 9 10 10

Marsicovetere 9 9 9

Paterno 9 10 10

Tramutola 9 9 9

Viggiano 10 9 9

Grumento Nova 10 9 9

Moliterno 10 9 8

Sarconi 10 9 8

Spinoso 10 9 8

Montemurro 10 9 8

Armento 9 8 7

S. Martino D'Agri 9 8 7

S. Chirico 9 8 7

Roccanova 8 7 6

Sant'Arcangelo 8 7 6

Missanello 9 8 7

Gallicchio 9 8 7

Scenario 3

EMS_NW

9

8-9

8-9

8-9

8-9

8-9

7-8

7-8

7-8

7-8

6-7

6-7

6-7

6

6

6-7

6-7

Ang

e lo

MA

SI

La

d efin

izio

ne d

e ll’I

n pu t

sis m

i co

per g

l i sc

ena r

i di d

anno

Vulnerabilità degli edifici ad uso privato

Classi di vulnerabilitClassi di vulnerabilitàà in termini di numero di edificiin termini di numero di edifici

5%

50%

1%

44%

11%

39%

42%

8%

11%

28%

8%53%

18%

30%

47%

5%

14% 8%

65%

13%

24%

42%

14%

20%

4%

36%

2% 58%

11%

37%

4%

48%

32%

43%

13%

12%

14%

47%

11%

28%

5%

48%

3%

44%

30%

5%

50%15%

15% 7%

3%

75%8%

10%

66%

16%

6%

40%

46%

8%

5%

50%

1%

44%

11%

39%

42%

8%

11%

28%

8%53%

18%

30%

47%

5%

14% 8%

65%

13%

24%

42%

14%

20%

4%

36%

2% 58%

11%

37%

4%

48%

32%

43%

13%

12%

14%

47%

11%

28%

5%

48%

3%

44%

30%

5%

50%15%

15% 7%

3%

75%8%

10%

66%

16%

6%

40%

46%

8%

Classe AClasse AClasse BClasse BClasse CClasse CClasse DClasse D

Classe AClasse AClasse BClasse BClasse CClasse CClasse DClasse D

Classe AClasse AClasse BClasse BClasse CClasse CClasse DClasse D

Ang

e lo

MA

SI

La

d efin

izio

ne d

e ll’I

n pu t

sis m

i co

per g

l i sc

ena r

i di d

anno

Vulnerabilità degli edifici ad uso privato: Marsico Vetere

5%

54%

7%

34%

Classe A Classe B Classe C Classe D

Ang

e lo

MA

SI

La

d efin

izio

ne d

e ll’I

n pu t

sis m

i co

per g

l i sc

ena r

i di d

anno

Marsico Vetere: conseguenze attese sulla popolazioneEM

SEM

S --N

E VI

IIN

E VI

II --IXIX

EMS

EMS --

BI

VIII

BI

VIII --

IXIXEM

SEM

S --SW

VIII

SW V

III-- IXIX

050

100150200250300350400

A B C DClassi di Vulnerabilità

N°

Abi

tant

i Sen

zate

tto

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

% A

bita

nti

05

10152025303540

A B C DClassi di Vulnerabilità

N°

Ferit

i

0.00

0.01

0.01

% A

bita

nti

05

10152025303540

A B C DClassi di Vulnerabilità

N°

Vitt

ime

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

% A

bita

nti

050

100150200250300350400

A B C DClassi di Vulnerabilità

N°

Abi

tant

i Sen

zate

tto

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

% A

bita

nti

05

10152025303540

A B C DClassi di Vulnerabilità

N°

Ferit

i

0.00

0.01

0.01

% A

bita

nti

05

10152025303540

A B C DClassi di Vulnerabilità

N°

Vitt

ime

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

% A

bita

nti

050

100150200250300350400

A B C DClassi di Vulnerabilità

N°

Abi

tant

i Sen

zate

tto

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

% A

bita

nti

05

10152025303540

A B C DClassi di Vulnerabilità

N°

Ferit

i

0.00

0.01

0.01

% A

bita

nti

05

10152025303540

A B C DClassi di Vulnerabilità

N°

Vitt

ime

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

% A

bita

nti

Ang

e lo

MA

SI

La

d efin

izio

ne d

e ll’I

n pu t

sis m

i co

per g

l i sc

ena r

i di d

anno VULNERABILITA' SISMICA CON

RIFERIMENTO AI VOLUMI DEGLI EDIFICI

14%

58%

27%

1%

ABCD

Vulnerabilità degli edifici ad uso privato: Montemurro

Ang

e lo

MA

SI

La

d efin

izio

ne d

e ll’I

n pu t

sis m

i co

per g

l i sc

ena r

i di d

anno

Montemurro: conseguenze attese sulla popolazioneEM

SEM

S-- N

E VIIN

E VII -- VIIIVIII

EMS

EMS

-- BI VIII

BI VIII -- IXIX

EMS

EMS

-- SW IX

SW IX

Popolazione Senzatetto per Classi di Vulnerabilità

04080

120160200240280320

A B C D

Classe di Vulnerabilità

Pop.

Sen

zate

t

ABCD

Vittime per Classi di Vulnerabilità

0

5

10

15

20

25

A B C D

Classe di Vulnerabilità

Vitti

me

ABCD

Feriti per Classi di Vulnerabilità

0

20

40

60

80

100

A B C D

Classe di Vulnerabilità

Ferit

ABCD

Popolazione Senzatetto per Classi di Vulnerabilità

0

40

80

120

160

200

240

280

A B C D

Classe di Vulnerabilità

Pop.

Sen

zate

t

ABCD

Vittime per Classi di Vulnerabilità

0

5

10

15

20

A B C D

Classe di Vulnerabilità

Vitti

me

ABCD

Feriti per Classi di Vulnerabilità

0

20

40

60

80

A B C D

Classe di Vulnerabilità

Ferit

ABCD

Popolazione Senzatetto per Classi di Vulnerabilità

0

40

80

120

160

200

A B C D

Classe di Vulnerabilità

Pop.

Sen

zate

t

ABCD

Vittime per Classi di Vulnerabilità

0

5

10

A B C D

Classe di Vulnerabilità

Vitti

me

ABCD

Feriti per Classi di Vulnerabilità

0

20

40

A B C D

Classe di Vulnerabilità

Ferit

ABCD