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PAOLO CLEMENTE – SICUREZZA SISMICA DELLE STRUTTURE INDUSTRIALI

SICUREZZA SISMICA DEGLI IMPIANTI CHIMICI A RISCHIO DI INCIDENTE RILEVANTE 7 febbraio 2013 -ENEA - Via Giulio Romano, 41 - Roma

Paolo Clemente, PhD

Resp. Prevenzione Rischi Naturali

SICUREZZA SISMICA DELLE STRUTTURE

INDUSTRIALI

SICUREZZA SISMICA DEGLI IMPIANTI CHIMICI

A RISCHIO DI INCIDENTE RILEVANTE 7 febbraio 2013

ENEA - Via Giulio Romano, 41 - Roma



L’onda (alta circa 14 m) investe la centrale nucleare di

Fukushima Daiichi, scavalcando le barriere di protezione

(alte circa 6 m) ed invade i locali della centrale

TERREMOTO DI TOHOKU, 2011



MAPPE PERICOLOSITÀ GIAPPONE

La mappa (1995) è in forte disaccordo con quanto accaduto negli anni successivi

Il termine “unpredictable”, spesso usato per giustificare simili disastri non

soddisfa più, soprattutto per eventi che hanno un periodo di ritorno < 1000 anni.



INSEGNAMENTI DEL PASSATO

Muri di protezione a

Miyaho (distrutto)

Fudai (intatto)

Effetti dello tsunami 100

m a valle dello s. m.

Stone monument Stone monument visto

dal villaggio



Centrale nucleare di Cruas, Francia (1984),

con isolamento sismico (PGA = 0.3 g)

Serbatoio per stoccaggio

idrocarburi a

Aspropyrgos, Grecia

Impianto chimico a

Aliaga, Turchia, con

isolamento sismico

IMPIANTI A RISCHIO DI INCIDENTE RILEVANTE

Impianti di raffinazione del petrolio

Acciaierie e impianti metallurgici

Stabilimenti chimici e petrolchimici

Centrali termoelettriche ad olio combustibile

Produzione e deposito di esplosivi

Deposito di fitofarmaci

Deposito di tossici

Depositi di oli minerali

Depositi di gas liquefatti



DANNI SISMICI A IMPIANTI PETROLCHIMICI

Terremoto di Loma Prieta

(CA), 1989, Mw=6.9:

instabilità “a piede

d’elefante”

Terremoto di Izmit (Turchia), 1999, Mw=7.4:

incendio e conseguente collasso di un serbatoio

di stoccaggio nella raffineria di Yarimca.

L’incendio ebbe gravissime conseguenze in

termini di inquinamento atmosferico e problemi

di approvvigionamento



Terremoto di Costa Rica

22/04/1991, Mw=7.8

Ribaltamento di un

serbatoio alla raffineria

Recope


22/04/1991, Mw=7.8

Perdita di liquidi





22/04/1991, Mw=7.8

Terremoto di Landers (CA)

28/06/1992, Mw=7.3:

danno alla copertura




Terremoto di Landers (CA),

28/06/1992, Mw=7.3:

danni alle tubazioni rigide




TERREMOTO OFF TOKACHI (GIAPPONE), 2003

Raffineria di Tomakomai City, 220 km dall’epicentro

• Serbatoio contenente greggio, si incendiò subito dopo i due eventi

sismici principali del 26/09/2003 (M = 8.0 e 7.1)

• Serbatoio con nafta si incendiò durante gli aftershock il 28/09

• 45 dei 105 serbatoi presenti nella raffineria furono danneggiati, 30

in modo grave e 29 con fuoriuscita di liquido.

La rottura delle coperture dei serbatoi, alle quali

seguirono gli incendi, si dovette ai movimenti

ondosi “di pelo libero” (sloshing) dei liquidi

infiammabili contenuti, innescati dalle vibrazioni

sismiche (le suddette “onde” erano caratterizzate

da alti valori del periodo, pari a circa 7 s)



SERBATOI SFERICI Terremoto di Bakersfield, USA (1992, Mw=7.7):

Due serbatoi sferici, contenenti butano, collassarono:

• 10 t di gas fuoriuscirono

• 90 s dopo vi fu un’esplosione

Gran parte della raffineria fu danneggiata, con una perdita di 1.8 M$



Oggi un evento sismico può mettere in crisi l’assetto socio-

economico anche di grandi aree

Terremoto di Kobe (1995): (ove è situato uno dei porti più importanti

del mondo), primo caso storico di evento ad avere interessato una

concentrazione urbana industrializzata, producendo gravissimi

danni al sistema edilizio, viario e produttivo

Terremoto di Izmit (Turchia, 17/8/1999): causò l’incendio del più

grande impianto petrolchimico turco, creando difficoltà

all’approvvigionamento di combustibile per il trasporto e

inquinamento ambientale

IMPIANTI RIR IN ITALIA

In Italia scenari simili potrebbero verificarsi se si ripetessero i

terremoti del:

1117: Area padana oggi a industrializzazione diffusa (2012)

1693: Sicilia sudorientale oggi sede di stabilimenti petrolchimici



Safe Shutdown Earthquake (SSE):

fino al SEE è da garantire la sicurezza della popolazione e degli operatori;

corrisponde a un sisma più violento di quelli ritenuti possibili nel sito;

è, quindi, a bassissima probabilità di accadimento.

Operational Basis Earthquake (OBE):

fino all’OBE è da garantire il funzionamento dell’impianto in condizioni di

sicurezza (con l’obiettivo di proteggere anche l’impianto stesso);

corrisponde a terremoti meno intensi, con significativa probabilità di verificarsi

durante la “vita” dell’impianto.

Fino al SSE:

•deve essere possibile lo spegnimento rapido dei reattori nucleari (mediante

inserimento barre di controllo, usualmente automatico) e

•devono restare integri componenti e strutture essenziali per la sicurezza

Fino all’OBE:

•deve essere garantita l’integrità assoluta di componenti e strutture necessari per

il funzionamento in condizioni di sicurezza (senza che sia indispensabile lo

spegnimento rapido dei reattori)

TERREMOTO DI PROGETTO Per impianti nucleari: 2 livelli di terremoto di progetto



Le mappe si basano su un approccio probabilistico

sono costruite sulla base della storia sismica

Ciascuna mappa è relativa ad una probabilità di accadimento in 50 anni

Quale mappa usiamo per la progettazione ?

PVR = 10% in 50 anni

TR = 475 anni

PVR = 63% in 50 anni

TR = 50 anni

PVR = 2% in 50 anni

TR = 2475 anni

PERICOLOSITÀ SISMICA DI RIFERIMENTO



IL “PICCO DELLA MIRANDOLA”

32 36 40 44

t (s)

-300

-200

-100

0

100

200

300

acc

(c

m/s

/s)

32 36 40 44

t (s)

-300

-200

-100

0

100

200

300

ac

c (

cm

/s/s

)

32 36 40 44

t (s)

-300

-200

-100

0

100

200

300

ac

c (

cm

/s/s

)

2012141020324.84.MRN

MIRANDOLA

NS

UP

WE

Progettazione: Terremoto con probabilità di accadimento del 10% in 50 anni

(TR = 475 a) e non al Massimo Evento Credibile al sito

0.0

0.1

0.2

0.3

0% 20% 40% 60%

ag/g

PVR

Mirandola2475 anni

1500 anni

475 anni

Sismicità storica: non significativa in R=30-40 km dall’epicentro

• 17/11/1570, Ferrara (30 km a E), M = 5.5, I0 = VIII

• 11/07/1987, Prov. Bologna e Ferrara (20 km a S) M = 5.4

• 17/07/2011, Prov. Reggio Emilia (20 km a NE), M = 4.7

Terremoti con M ≤ 6 a S, nell’Appennino settentrionale

0.28g in superficie 0.22g al bedrock



Danni all’edificio scolastico (S) dovuti al sisma

di Cassino del 20/02/2008

R

S

B

Ai 3 siti si hanno differenti risposte allo stesso evento sismico

RISPOSTA SISMICA LOCALE Array velocimetrico a Belmonte Castello (FR): Receiver Functions di

registrazioni di aftershocks del sisma dell’Aquila, 2009



Analisi HVSR

MICROZONAZIONE SISMICA Definizione MOPS: microzone omogenee in

prospettiva sismica (amplificative e non)

Livello I

•Scelta siti per nuovi impianti

•Definizione priorità di intervento sugli esistenti

Livello I

•Zone instabili

•Zone stabili (pianeggianti, VS30 > 800 m/s)

•Zone stabili ma suscettibili di amplificazione

Livello II: coefficienti di amplificazione

attraverso abachi (situazioni semplici 1D)

Livello III: coefficienti di amplificazione

attraverso misure in sito e modellazione Livello III



EDIFICI INDUSTRIALI ESISTENTI



VALUTAZIONE SICUREZZA EDIFICI ESISTENTI

È obbligatoria in caso di:

• riduzione evidente della capacità resistente e/o deformativa della struttura, o

delle caratteristiche meccaniche dei materiali, azioni eccezionali, cedimenti del

terreno di fondazione;

• provati gravi errori di progetto o di costruzione;

• cambio della destinazione d’uso (carichi e/o classe d’uso);

• interventi non strutturali, se interagiscano con elementi strutturali.

Le norme non impongono di valutare la sicurezza degli edifici esistenti !

In tali casi, la valutazione della sicurezza deve permettere di stabilire se:

• l’uso della costruzione possa continuare senza interventi;

• l’uso debba essere modificato (declassamento, cambio di destinazione, …);

• sia necessario procedere ad aumentare o ripristinare la capacità portante.

• interventi di adeguamento o di miglioramento

• riparazioni o interventi locali su elementi isolati, che comunque comportino

un miglioramento delle condizioni di sicurezza preesistenti.



INTERVENTI SU EDIFICI ESISTENTI “i provvedimenti detti sono necessari e improcrastinabili nel caso in cui non siano

soddisfatte le verifiche relative alle azioni controllate dall’uomo” (carichi

permanenti e altre azioni di servizio) … per “l’inadeguatezza di un’opera rispetto

alle azioni ambientali, non controllabili dall’uomo e soggette ad ampia variabilità

nel tempo ed incertezza nella loro determinazione … non si può pensare di

imporre l’obbligatorietà dell’intervento o del cambiamento di destinazione d’uso o,

addirittura, la messa fuori servizio dell’opera, non appena se ne riscontri

l’inadeguatezza. Le decisioni da adottare dovranno necessariamente essere

calibrate sulle singole situazioni (in relazione alla gravità dell’inadeguatezza, alle

conseguenze, alle disponibilità economiche e alle implicazioni in termini di

pubblica incolumità). Saranno i proprietari o i gestori delle singole opere, siano

essi enti pubblici o privati o singoli cittadini, a definire il provvedimento più

idoneo, eventualmente individuando uno o più livelli delle azioni, commisurati alla

vita nominale restante e alla classe d’uso, rispetto ai quali si rende necessario

effettuare l’intervento di incremento della sicurezza entro un tempo prestabilito".

In caso di inefficienza nei confronti dei carichi verticali (controllate

dall'uomo) bisogna intervenire; l'inadeguatezza alle azioni sismiche

(non controllabili dall'uomo e incerte) non obbliga all'intervento !



VALUTAZIONE SICUREZZA EDIFICI STRATEGICI

Soltanto per le opere di interesse strategico l'OPCM 3274/2003

obbligava i proprietari alla verifica entro 5 anni,

specialmente per le zone a media ed elevata sismicità,

secondo un piano di priorità da elaborare entro 6 mesi sulla base delle

risorse finanziarie disponibili,

ma la necessità di intervenire andava soltanto "tenuta in

considerazione ... nella redazione dei piani triennali e annuali ... nonché

ai fini della predisposizione del piano straordinario di messa in sicurezza

antisismica ...".

Le norme non impongono di intervenire sugli edifici esistenti !



COME VALUTARE LA SICUREZZA ?

La valutazione non può basarsi su un semplice esame visivo

Sono necessari:

Analisi sperimentale

• sui materiali (effettive resistenze)

• sulle strutture (effettivo comportamento statico e dinamico)

Analisi numeriche complesse per la valutazione della capacità

(modelli numerici tarati sulla base dei risultati sperimentali)

Sono operazioni che potrebbero avere un costo significativo, ma sono

indispensabili per:

• la valutazione in sé

• la definizione degli eventuali interventi



OBIETTIVI STRATEGICI

Definizione di scenari di danno

Analisi della risposta sismica locale nei siti di impianti

Valutazione della vulnerabilità delle strutture, il cui danneggiamento

potrebbe provocare ingenti danni all’ambiente e che devono restare

operative anche in occasione di un terremoto

Monitoraggio statico e sismico permanente delle strutture e dei

componenti

Adozione di tecniche innovative di protezione sismica per le nuove

realizzazioni ma anche per l’adeguamento delle esistenti



IMPIANTI INDUSTRIALI

Costruiti a volte senza tener conto delle azioni sismiche

Vulnerabili perfino a eventi moderati

Caratterizzati da:

Irregolarità

Strutture complesse

Tubazioni lunghe e complesse

Vanno cercate nuove soluzioni

Adeguamento sismico particolarmente delicato:

Strutture e impianti complessi

Vanno preservate le esigenze funzionali ed economiche



Parete

interna

Isolatori

Inseriti previa rimozione degli

elementi di connessione

Settore cilindrico

superiore

Settore cilindrico inferiore

Tubi in c.a. inseriti a con tecnica

spingitubo o microtunnelling

(diametro ≥ 2 m)

Terreno

Gap

STRUTTURA ISOL. SISMICO EDIFICI ESISTENTI Brevetto internaz.: P. Clemente (ENEA), A. De Stefano, G. Barla (POLITO)

Parete

esterna

Connessione rigida

tra l’edificio e il

sistema di isolamento



PREVENZIONE = INFORMAZIONE

EDIFICIO NON

ADEGUATO

SISMICAMENTE

All'ingresso degli strutture non adeguate sismicamente



FINE

Grazie

per la Vostra

cortese attenzione

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