Valutazione della risposta sismica dei
sistemi infrastrutturali a rete
Alcuni esempi di applicazione alla trasmissione dell'energia
elettrica e alla distribuzione dell'acqua potabile.
Alessandro Rasulo
Dipartimento di Meccanica, Strutture Ambiente e Territorio (DiMSAT)
Università degli Studi di Cassino, Cassino (FR)
Ivo Vanzi
Dipartimento di Progettazione, Riabilitazione e Controllo delle Strutture Architettoniche (PRICOS)
Università degli Studi di Chieti “G. D’Annunzio”, Pescara
I Sistemi Infrastrutturali sono sismicamente vulnerabili
I sistemi infrastrutturali sono essenziali nel garantire
gli standard qualitativi della vita moderna e svolgono
una funzione critica nelle attività di soccorso
successive ad una catastrofe.
Questi sistemi si differenziano dalle tradizionali
strutture dell’ingegneria civile per quanto segue
(O’Rourke, 1998):
• Dispersione Geografica
Le reti sono diffuse su territorio. Gli effetti del sisma possono essere
differenti da punto a punto.
• Interconnessione
Le reti sono composte da elementi interconessi fra loro. La risposta
in ogni punto della rete dipende dal funzionamento dei componenti
di rete connessi con il punto in esame.
Rischio
=
Pericolosità Input
Vulnerabilità Suscetività
al danno
Esposizione
Effetti del danno
[]
Rischio: tenere conto delle incertezze …
Engineering is the art of modeling materials, we do
not wholly understand, into shapes, we cannot
precisely analyze, so as to withstand forces, we
cannot properly assess, in such a way that the
public has no reason to suspect the extent of our
ignorance.
R. Dykes
Il problema (da un punto di vista
strettamente matematico) consiste
nell’integrare la probabilità della
risposta sull’intero spettro di
variabilità delle funzioni aleatorie.
La Sfida dell’Interconnessione
Il problema non può essere affrontato
per semplice sovrapposizione fra carte
di pericolosità e vulnerabilità
APPROCCIO CONNETTIVO
Assembly of components
(1) DS
1
(4) CB
(3) DS
(2) DS
2
(5) CB
1
(8) DB
(6) PT
1
1
1
(10) TB
3
2
(11) FB
(9) DB
(7) PT
2
2
(12) FB
2
APPROCCIO CONNETTIVO
Assembly of components
(1) DS
1
(4) CB
(3) DS
(2) DS
2
(5) CB
1
(8) DB
(6) PT
1
1
1
(10) TB
3
2
(11) FB
(9) DB
(7) PT
2
2
(12) FB
2
APPROCCIO CONNETTIVO
Assembly of components
(1) DS
1
(4) CB
(3) DS
(2) DS
2
(5) CB
1
(8) DB
(6) PT
1
1
1
(10) TB
3
2
(11) FB
(9) DB
(7) PT
2
2
(12) FB
2
APPROCCIO CAPACITIVO
• Simulazione del funzionamento della rete.
Non può essere affrontato in forma analitica, ma
algoritmica.
• Maggiore impegno computazionale.
Forza Bruta (Monte Carlo)
(i)CICLE ON ALL SEISMOGENETIC AREAS
(i)GENERATE THE COORDINATES OF THE EPICENTER
AND THE INTENSITY OF THE EARTHQUAKE
(i)CICLE ON THE STATIONS
(i)ATTENUATE THE INTENSITY
GENERATE THE ERROR DUE TO ATTENUATION
CONVERT TO ACCELERATION
GENERATE THE ERROR DUE TO CONVERSION
(vi)SAMPLE CASUALTIES AT
MUNICIPALITIES
(ii)CICLE ON THE MACROELEMENTS OF THE STATION
(iii)GENERATE THE STATE (F/S) OF EACH MACROCOMP.
(iv)SPREAD SHORT-CIRCUITS IN THE STATION
(iv)SPREAD SHORT-CIRCUITS IN THE NETWORK
(v)LOAD-FLOW ANALYSIS
(vi)ESTIMATE C.O.V. OF ESTIMATORS OF INDEXES MEAN
YES C.O.V.<MAX
ALLOWED
NEX
ERROR
T
SEISMI
C AREA
NO
ONE MORE SIMULATION
SCHEMA
(semplificato)
Simulazione del fenomeno
Propagazione degli effetti
Analisi dei possibili danni
Eventuali protezioni
Analisi del Sistema nello
Stato Alterato
Statistica
Il numero di simulazioni
è sufficiente
no
SCHEMA
(semplificato)
Simulazione del fenomeno
Propagazione degli effetti
Analisi dei possibili danni
Eventuali protezioni
Analisi del Sistema nello
Stato Alterato
Statistica
Il numero di simulazioni
è sufficiente
no
SCHEMA
(semplificato)
Simulazione del fenomeno
Propagazione degli effetti
Analisi dei possibili danni
Eventuali protezioni
Analisi del Sistema nello
Stato Alterato
Statistica
Il numero di simulazioni
è sufficiente
no
SCHEMA
(semplificato)
Simulazione del fenomeno
Propagazione degli effetti
Analisi dei possibili danni
Eventuali protezioni
Analisi del Sistema nello
Stato Alterato
Statistica
Il numero di simulazioni
è sufficiente
no
SCHEMA
(semplificato)
Simulazione del fenomeno
Propagazione degli effetti
Analisi dei possibili danni
Eventuali protezioni
Analisi del Sistema nello
Stato Alterato
Statistica
Il numero di simulazioni
è sufficiente
no
SCHEMA
(semplificato)
Simulazione del fenomeno
Propagazione degli effetti
Analisi dei possibili danni
Eventuali protezioni
Analisi del Sistema nello
Stato Alterato
Statistica
Il numero di simulazioni
è sufficiente
no
SCHEMA
(semplificato)
Simulazione del fenomeno
Propagazione degli effetti
Analisi dei possibili danni
Eventuali protezioni
Analisi del Sistema nello
Stato Alterato
Statistica
Il numero di simulazioni
è sufficiente
no
SCHEMA
(semplificato)
Simulazione del fenomeno
Propagazione degli effetti
Analisi dei possibili danni
Eventuali protezioni
Analisi del Sistema nello
Stato Alterato
Statistica
Il numero di simulazioni
è sufficiente?
no
SCHEMA
(semplificato)
Simulazione del fenomeno
Propagazione degli effetti
Analisi dei possibili danni
Eventuali protezioni
Analisi del Sistema nello
Stato Alterato
Statistica
Il numero di simulazioni
è sufficiente?
no
Trasmissione Potenza Elettrica
Ministero delle
Attività Produttive
Trasmissione Potenza Elettrica
Ministero delle
Attività Produttive
Trasmissione Potenza Elettrica
Ministero delle
Attività Produttive
Trasmissione Potenza Elettrica
Ministero delle
Attività Produttive
Trasmissione Potenza Elettrica
Ministero delle
Attività Produttive
Trasmissione Potenza Elettrica
Il modello della rete è:
•Capacitivo (ogni linea trasporta
una quantità finita di energia)
•Stazionario (non si analizzano
gli effetti del transitorio)
Ministero delle
Attività Produttive
Trasmissione Potenza Elettrica
Ministero delle
Attività Produttive
Trasmissione Potenza Elettrica
Ministero delle
Attività Produttive
Trasmissione Potenza Elettrica
Ministero delle
Attività Produttive
Trasmissione Potenza Elettrica
Catania
(more than 1’000’000 inhabitants)
Black-out Probability (%)
Tr = 50 years
Ministero delle
Attività Produttive
da 45 a 50 (90)
da 40 a 45 (42)
da 35 a 40 (33)
da 30 a 35 (32)
da 25 a 30 (25)
da 20 a 25 (40)
da 15 a 20 (7)
da 10 a 15 (32)
da 5 a 10 (33)
da 0 a 5
(56)
Trasmissione Potenza Elettrica
Electric power performance in Catania
Optimization of upgrade strategy
Ministero delle
Attività Produttive
Distribuzione dell’Acqua potabile
Düzce (Turchia)
Distribuzione dell’Acqua potabile
fragilità
conseguenze
del danno
analisi di flusso
Distribuzione dell’Acqua potabile