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
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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
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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.
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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
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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
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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
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Terremoto di Costa Rica
22/04/1991, Mw=7.8
Ribaltamento di un
serbatoio alla raffineria
Recope
Terremoto di Costa Rica
22/04/1991, Mw=7.8
Perdita di liquidi
DANNI SISMICI A IMPIANTI PETROLCHIMICI
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Terremoto di Costa Rica
22/04/1991, Mw=7.8
Terremoto di Landers (CA)
28/06/1992, Mw=7.3:
danno alla copertura
DANNI SISMICI A IMPIANTI PETROLCHIMICI
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Terremoto di Landers (CA),
28/06/1992, Mw=7.3:
danni alle tubazioni rigide
DANNI SISMICI A IMPIANTI PETROLCHIMICI
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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)
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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$
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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EDIFICI INDUSTRIALI ESISTENTI
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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.
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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 !
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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 !
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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
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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
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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
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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
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PREVENZIONE = INFORMAZIONE
EDIFICIO NON
ADEGUATO
SISMICAMENTE
All'ingresso degli strutture non adeguate sismicamente
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FINE
Grazie
per la Vostra
cortese attenzione
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