La mitigazione in tempo reale del rischio sismico

1. La mitigazione in tempo reale del rischio sismico Paolo Gasparini Presidente AMRA Scarl Dipartimento di Scienze Fisiche, Università di Napoli “Federico II”

2. La crescente urbanizzazione Numero di abitanti nelle città 418 400 347 300 million 200 100 71 1950 1970 1990 2015 Industrialized countries Developing countries All Da 8 Megacities nel 1950 a 60 nel 2015! • La mitigazione del rischio nelle grandi città • ha bisogno della combinazione di: • Azioni preventive a lungo termine • b) Implementazione di sistemi di early • warning che consentono una mitigazione • in tempo reale 2015 Il Rischio è una quantità altamente dinamica Le Mega-cities sono diventate attrattori di Rischio. 1950 Source: National Geographic, Nov. 2002

3. Early Warning: azioni che vengono intraprese dopo che l’evento pericoloso è iniziato ma prima che esso colpisca l’obiettivo da proteggere (lead time o «tempo di attesa»). Predizione (Prediction): capacità di valutare deterministicamente tempo, ubicazione e dimensione di un prossimo evento disastroso. Attualmente non è fattibile per alcun tipo di evento naturale. Previsione (Forecasting): capacità di valutare probabilisticamente tempo, ubicazione e dimensione di un prossimo evento disastroso. Supporto rapido alle decisioni (Rapid Support System): informazione fornita minuti dopo che l’evento ha colpito l’obiettivo che consente di pianificare in tempo reale le azioni di risposta. Le informazioni generate dai sistemi di EW possono essere usate anche a questo scopo. Un sistema rapido di risposta ai disastri idealmente consiste delle seguenti componenti

4. LEAD TIMES TIPICI AZIONI PIU’ SIGNIFICATIVE AUTOMATICHE TERREMOTI:dasecondi a decine di secondi TSUNAMI:daminuti a ore EVENTI METEOROLOGICI:daore a giorni ALLUVIONI E FRANE:da ore a giorni ERUZIONI VULCANICHE:daore a settimane ALLERTA + INFORMAZIONE ALLERTA + INFORMAZIONE ALLERTA + INFORMAZIONE ALLERTA + INFORMAZIONE

5. Early Warning Sismico (EEW) Le onde contenenti gran parte dell’energia (S - Superficiali) sono più lente delle onde contenenti le informazioni (P) S Time (s) P 20 10 50 100 Distance (Km)

6. Configurazioni dei sistemi di EEW REGIONALI: i sensori circondano la sorgente sismica e trasmettono i segnali all’obiettivo da proteggere Una rete per tutti gli obiettivi; tempi di attesa più lunghi;alto costo. A BARRIERA: i sensori sono ubicati tra la sorgente sismica e l’obiettivo da proteggere Una rete per diversi obiettivi; tempi di attesa ridotti; alto costo. ON SITE: i sensori sono intorno o sul sito Un sistema per ogni obiettivo; tempi di attesa molto brevi; basso costo, manutenzione semplice.

7.  Target site Earthquake Wave ✹ Seismic sensor Esempio di sistema di EEW Regionale I Sensori sismici rilevano le onde P di un terremoto in prossimità della sorgente. Un segnale di allerta viene trasmesso all’obiettivo da proteggere. L’obiettivo è allertato da secondi a minuti prima dell’arrivo delle onde distruttive. Destructive S waves (3.5 km/s) Transmitted information of seismic wave arrival (no delay)

8. Tipico sistema di EEW a Barriera: il caso di Mexico City

9. 30km 30km Sistema di EEW On SITE La Centrale Nucleare di Ignalina

10. Early Warning and Real-Time Engineering Event Origin Propagation Detection Real-Time Engineering for Risk Mitigation Actions

11. Scala dei Tempi dell’EEW minuti Mappe di GA, e di danno atteso Evacuazione di edifici Shut-down of sistemi critici Tempo Attivazione di sistemi di controllo strutturale STOP DEI TRENI secondi Azioni

12. Taiwan Turkey Romania Italy USA Japan Mexico RETI REGIONALI O A BARRIERA ESISTENTI ADATTE ALL’EEW

13. Il sistema di EEW più sperimentato per proteggere lo SHINKAZE (UrEDAS) Sismometri di allerta • Installati lungo tutta la linea • L’alimentazione elettrica viene disattivata quando l’accelerazione orizzontale supera un valore di soglia. • Sismometri a barriera lungo la costa • Tempo di attesa circa 15 secondi

14. PERFORMANCE DEL SISTEMA ・In 13 anni sono stati dati 1713 EEWs basati sull’informazione proveniente da una sola stazione. 30 EEWs (1.75%) si sono dimostrati falsi allarmi. →　 Solo 7 per M>4.5 Nessun caso di falso allarme quando i dati provenivano da almeno 2 stazioni

15. La modifica del “Weather Service Law” relativa all’EEWè entrata in vigore il 1°Dicembre 2007 • La Japan Meteorological Agency (JMA)DEVE emettere l’EEW in tutti i casi in cui lo ritenga necessario. • L’organizzazione in carica DEVE trasmettere l’allarme alle organizzazioni preposte ed alla popolazione. • Tutti coloro che forniscono EEW a singole case ed edifici, DEVONO farlo secondo gli standard tecnici determinati da JMA.

16. Rappresentazione grafica della Propagazione di un’Onda Sismica e Earthquake Early Warning (EEW) 0th issuance of EEW 1stissuance of EEW 2ndissuance of EEW N thissuance of EEW rapidity accuracy

17. Pre-Evento – Ingegneria delle decine di secondi: Limitare l’esposizione; Azioni specifiche e Sistemi di Protezione; Aumentare la resilienzia; Ridurre la vulnerabilità. Post-Evento: Gestione dell’emergenza (mappe di scuotimento in tempo reale, mappe di danno atteso); Direttive di intervento strutturale. L’Early Warning nella Riduzione del Rischio Sismico

18. OBIETTIVI DI PROGETTO Lead Time Low Perception Impact(e.g. Elevetor) Medium Perception Impact (e.g.TrasportationInterruption High Perception Impact (e.g. LifelinesInterruption ) False Alarm Probability Performances/ Consequences

19. Requisiti di Ingegneria dell’EEWS Valutazione quantitativa del rischio sismico in tempo reale (perdite per applicazioni specifiche) Time dependent decision making (quantificazione del trade-off tra lead-time e i costi di allarmi mancati/falsi) Sistema strutturale automatico di decisione/controllo Consequence-based approach

20. Perdita Attesa [€] Intensità di Scuotimento al Suolo Perdita Economica Attesa vs. Intensità di Scuotimento al Suolo No alarm Alarm Soglia di Allarme Ottimale Iervolino et al., 2006, Expected loss-based alarm threshold set for Earthquake Early Warning Systems,EESD, (modificato)

21. L’EEW è uno strumento utile per la prevenzione di eventi pericolosi a cascata derivanti dall’attività umana (incendi, incidenti industriali, fuga di sostanze tossiche, ecc.); L’EEW può essere usato per allertare zone a rischio da altri eventi naturali innescati dal terremoto (frane, tsunami, after-shocks…); L’EEW può permettere l’evacuazione di edifici notevolmente danneggiati prima del loro collasso; L’EEW può permettere di mantenere operativi edifici strategici. Vantaggi

22. Una efficace applicazione dei sistemi di EEW richiede: Uno studio dettagliato della diffusione della informazione a tutti i livelli; Un programma esteso di educazione della popolazione e di formazione di amministratori e operatori; Soluzione di problemi normativi e legali.

23. One of Safer Project objectives is the reduction of seismic risk in: Athens Bucharest Cairo Istanbul Naples FP6-Global-4 SAFER Seismic eArly warning For EuRope STREP Project Lead partners: GFZ – Postdam (Germany) AMRA Scarl (Italy) NOA – Athens (Greece) 23 Partners from 15 countries Supported by: Eureopean Commission

24. Stazioni sismiche Rete sismica AMRA per applicazioni di allarme sismico preventivo nella Regione Campania Centri Controllo dati (LCC)

25. MAPPE DI LEAD TIME E AZIONI POSSIBILI

26. ERGO - EARLY WARNING DEMO • E’ un visualizzatore grafico che illustra il funzionamento di un sistema di Early Warning Sismico. Il sistema visualizza, tramite mappe geografiche e semplici ed intuitive rappresentazioni grafiche, le informazioni rilevanti sulle caratteristiche dei terremoti che avvengono nell’area di interesse • In modalità tempo quasi-reale si basa sui dati della rete sismica ISNet sviluppata per il monitoraggio dei terremoti ed applicazioni di Early Warning nella regione Campania. • In modalità di play-back, consente di riprodurre l’analisi di terremoti del passato attraverso le sue registrazioni digitali. • Il visualizzatore è stato realizzato da AMRA Scarl nell’ambito di un progetto pilota finanziato dal Settore di Protezione Civile della Regione Campania

27. ERGO - EARLY WARNING DEMO

28. ERGO - EARLY WARNING DEMO 1°Pannello - Monitoraggio in tempo reale ed identificazione dell’evento. Andamento temporale dell’accelerazione del moto del suolo. 2° Pannello - Stima in tempo reale dei parametri caratteristici dell’evento sismico Una volta identificato l’evento, viene mostrata l’evoluzione nel tempo della stima della localizzazione e della stima della magnitudo. 3° Pannello - Regional Early Warning (PGA and Lead Time Map) Il pannello mostra i tempi disponibili per l’allerta sismica preventiva (in sec) e le ampiezze di picco di accelerazione predetti a scala regionale. 4° Pannello - Visualizzazione del livello di allerta al sito di installazione (Target Specific Alert) Il quarto pannello mostra la valutazione della pericolosità in tempo reale al sito di installazione relativamente a terremoti con M>3.Le stime di localizzazione e magnitudo realizzate a partire dalla dichiarazione di un nuovo evento sismico vengono usate per stimare la probabilità che la massima accelerazione del suolo superi al sito un valore critico.