La mitigazione in tempo reale
del rischio sismico
Paolo Gasparini
Presidente AMRA Scarl
Dipartimento di Scienze Fisiche, Università di Napoli “Federico II”
di abitanti nelle urbanizzazione
città
LaNumero
crescente
Da 8 Megacities nel 1950 a 60 nel 2015!
418
La mitigazione del rischio nelle grandi
città
347
300
ha bisogno
della combinazione di:
million
400
200
2015
a) Azioni
preventive a lungo termine
100
71
1950
1970
1990
2015
b) Implementazione
di
sistemi
di
early
Industrialized countries
Developing
countries
Il Rischio
è
una
quantità
altamente
dinamica
warning cheAllconsentono
una mitigazione
Le Mega-cities
1950
in sono
tempodiventate
reale attrattori di
Rischio.
Source: National Geographic, Nov. 2002
Un sistema rapido di risposta ai disastri
idealmente consiste delle seguenti componenti

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.
LEAD TIMES TIPICI
AZIONI PIU’ SIGNIFICATIVE
TERREMOTI: da secondi a decine di secondi
AUTOMATICHE
TSUNAMI: da minuti a ore
ALLERTA + INFORMAZIONE
EVENTI METEOROLOGICI: da ore a giorni
ALLERTA + INFORMAZIONE
ALLUVIONI E FRANE: da ore a giorni
ALLERTA + INFORMAZIONE
ERUZIONI VULCANICHE: da ore a settimane
ALLERTA + INFORMAZIONE
Early Warning Sismico (EEW)
(S - Superficiali)
Time (s)
Le onde contenenti gran parte
dell’energia
S
P
20
sono più lente delle onde
contenenti le informazioni
(P)
10
50
100
Distance (Km)
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.
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.
Earthquake
✹
Seismic sensor
Destructive S waves (3.5 km/s)
Transmitted information of seismic wave arrival
(no delay)

Target site
Tipico sistema di EEW a Barriera: il caso di Mexico City
Sistema di EEW On SITE
La Centrale Nucleare di Ignalina
30km
Early Warning and Real-Time Engineering
Event Origin
Propagation
Detection
Real-Time Engineering for Risk Mitigation Actions
Scala dei Tempi dell’EEW
minuti
Mappe di GA, e di danno atteso
Tempo
Evacuazione di edifici
Shut-down of sistemi critici
Attivazione di sistemi
di controllo strutturale
STOP DEI TRENI
secondi
Azioni
RETI REGIONALI O A BARRIERA ESISTENTI
ADATTE ALL’EEW
Japan
Romania
Turkey
USA
Taiwan
Italy
Mexico
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
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
M stimata
Cause di errore
Totale
5-
5+
6-
6+
7
Difetti alla sensoristica e
operazioni erronee
3
0
1
0
0
4
EEW innescato da rumore
3
0
0
0
0
3
Totale
7
La modifica del “Weather Service Law” relativa all’EEW è
entrata in vigore il 1°Dicembre 2007
1) La Japan Meteorological Agency (JMA) DEVE emettere
l’EEW in tutti i casi in cui lo ritenga necessario.
2) L’organizzazione in carica DEVE trasmettere l’allarme alle
organizzazioni preposte ed alla popolazione.
3) Tutti coloro che forniscono EEW a singole case ed edifici,
DEVONO farlo secondo gli standard tecnici determinati da
JMA.
Rappresentazione grafica della Propagazione di un’Onda Sismica
e Earthquake Early Warning (EEW)
rapidity
0th issuance of EEW
1st issuance of EEW
2nd issuance of EEW
th
issuance of EEW
accuracy
N
L’Early Warning nella Riduzione del
Rischio Sismico
 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.
OBIETTIVI DI PROGETTO
Lead Time
Medium Perception
Impact (e.g.Trasportation
Interruption
Low Perception
Impact (e.g.
Elevetor)
High Perception
Impact (e.g. Lifelines
Interruption )
False Alarm
Probability
Performances/
Consequences
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
Perdita Economica Attesa vs. Intensità di Scuotimento al Suolo
Perdita Attesa [€]
No alarm
Alarm
Intensità di Scuotimento al
Suolo
Soglia di Allarme Ottimale
Iervolino et al., 2006, Expected loss-based alarm threshold set for Earthquake Early Warning Systems,EESD, (modificato)
Vantaggi

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.
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.
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
One of Safer Project objectives is the reduction of seismic
risk in:
Athens
Bucharest
Cairo
Istanbul
Naples
Stazioni
sismiche
Rete sismica AMRA
per applicazioni di
allarme sismico
preventivo nella
Regione Campania
Centri Controllo
dati (LCC)
MAPPE DI LEAD TIME E AZIONI POSSIBILI
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
ERGO - EARLY WARNING DEMO
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.