PAOLO CLEMENTE – Il terremoto di Tohoku e la prevenzione del rischio sismico
LEZIONI DAL TERREMOTO DI TOHOKU - Roma, 1 luglio 2011 - ENEA - Via Giulio Romano, 41Giornata di Studio
LEZIONI DAL TERREMOTO DI TOHOKURoma, 1 luglio 2011
ENEA - Via Giulio Romano, 41
Paolo Clemente
IL TERREMOTO DI TOHOKU E LA
PREVENZIONE DEL RISCHIO SISMICO
PAOLO CLEMENTE – Il terremoto di Tohoku e la prevenzione del rischio sismico
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IL SISMA DELL’11.03.2011
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Città più vicine:
Sendai (130 km);
Yamagata (178 km E)
Fukushima (178 km ENE)
Tokyo è a 373 km dall'epic.
Altri eventi di minore intensità
hanno avuto epicentro più
vicino a Tokyo.
Il più devastante in Giappone dopo il
1923 Great Kanto Earthquake.
Ora: 05:46 UTC
Mw = 9.0
Profondità = 24.4 km
Epicentro = a circa 130 km dalla costa
Est dell’isola di Honshu
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SEQUENZA SISMICA
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9 marzo:
1 evento M = 7.2 (02:45 UTC, Lat. 38.424°N, Long. 142.836°E)
16 eventi di M > 5 (3 di M > 6, 1 di M > 7).
10 marzo:
5 scosse con M > 5
11 marzo:
evento principale di M = 9.0,
100 scosse di M > 5, di cui 20 con M > 6
Giorni successivi
diverse decine di scosse al giorno di
M ≥ 5 di cui alcune con M ≥ 6.
La sequenza sismica è andata,
quindi, lentamente riducendosi ma
alcune scosse con M > 7.0 hanno fatto
vibrare ancora le strutture in tutto il
Giappone.
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ROTTURA
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Il Giappone è vicino al margine
convergente tra la placca pacifica e
quella euro-asiatica; la prima si immerge
sotto la seconda (subduzione) con una
velocità di circa 83 mm/anno.
Rottura: avvenuta secondo un
meccanismo di tipo thrust fault, ha
interessato un'estensione della faglia di
oltre 500 km.
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EFFETTI SU LARGA SCALA
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L'eccezionalità del fenomeno è dimostrata anche dalle osservazioni:
spostamento di alcuni metri dell'isola di Honshu,
variazione dell'asse terrestre,
aumento della velocità di rotazione terrestre, con conseguente accorciamento
della durata del giorno di 1.6 microsecondi.
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REGISTRAZIONI ACCEL. COSTA PACIFICA
Un’area estremamente
ampia è stata colpita dal
sisma.
Negli accelerogrammi si
distinguono più eventi
La strong phase dura
oltre 2 min
Si sono verificate rotture
successive
Almeno 3 rotture si sono
verificate nelle serie di
eventi.
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MYG004, PGA = 2.7 g
massima accelerazione
registrata (183 Km
dall’epicentro), f>3.5 Hz
FKS011, poco a sud di
Fukushima Daiichi
Rete acc. K-net
CHB002, nella prefettura
di Chiba (363 Km
dall’epicentro)
REGISTRAZIONI ACCELEROMETRICHE
0 40 80 120 160 200
t (s)
-400
-200
0
200
400
ac
c (
ga
l)
-400
-200
0
200
400
ac
c (
ga
l)
-400
-200
0
200
400
ac
c (
ga
l)
NS
UD
WE
FUKUSHIMASTAZIONE FKS011
0 40 80 120 160 200
t (s)
-4000
-2000
0
2000
4000
ac
c (
ga
l)
-2000
-1000
0
1000
2000
ac
c (
ga
l)
-1500
-1000
-500
0
500
1000
ac
c (
ga
l)
NS
UD
WE
MIYAGISTAZIONE MYG004
0 40 80 120 160 200
t (s)
-400
-200
0
200
400
ac
c (
ga
l)
-200
-100
0
100
200
ac
c (
ga
l)
-300
-200
-100
0
100
200
300
ac
c (
ga
l)
NS
UD
WE
CHIBASTAZIONE CHB002
0.001 0.01 0.1 1 10 100
f (Hz)
0
4000
8000
12000
16000
20000
FA
S (
ga
l*s
)
CHIBAStazione CHB002
Comp NS
MYG004
FKS011
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MAPPE DI PERICOLOSITÀ
Mappa di pericolosità: probabilità di
accadimento di eventi di intensità JMA
≥"VI bassa", corrispondente a circa 0.4g.
Picchi di accelerazione
dell’evento dell’11.03.2011
La mappa (1995) è in forte
disaccordo con quanto realmente
accaduto negli anni successivi
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MAPPE DI PERICOLOSITÀ
Il termine “unpredictable”, spesso usato per giustificare simili disastri non
soddisfa più, soprattutto per eventi che hanno un periodo di ritorno inferiore ai
1000 anni.
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TSUNAMI
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Ha investito: Giappone,
Russia (a nord) e dopo
diverse ore California.
L'allerta anche per:
Australia e Nuova
Zelanda, America
centrale e sud.
Allarme diramato anche
per alcune scosse
successive, che però
non hanno avuto
conseguenze.
mappa di pericolosità per
l’intero Pacifico
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ALTEZZA ONDE
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Arrivo prime onde < 10 min, h = alcuni dm
Picco massimo misurato in prossimità della
costa = 7.30 m, a Soma, dopo oltre 1 ora
Picco massimo osservato = 40 m
Arrivo onde significative nei vari punti della costa
giapponese = 30 - 50 min: ciò è coerente anche
con alcune simulazioni numeriche effettuate
successivamente.
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TSUNAMI WARNING
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Allarme tempestivo ed efficace: diversi secondi di vantaggio per intervenire su impianti a
rischio e treni ad alta velocità.
Utilità del sistema di allarme: immediata per sistemi particolari, per i quali alcuni secondi
possono essere vitali per portarsi in condizioni di sicurezza o di minore vulnerabilità, come
ad esempio i treni ad alta velocità. Nel caso del terremoto di Tohoku il tempo a disposizione
è stato di 8-30 s per le coste più vicine.
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DANNI
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Danni dovuti al sisma relativamente limitati e "oscurati" dagli effetti successivi
dello tsunami, che ha anche causato la maggior parte delle vittime.
Una nave con 100 persone a bordo è stata travolta dall'onda di tsunami.
Sono scomparsi quattro treni operativi lungo la zona costiera delle prefetture di
Miyagi e Iwate, poi ritrovati. Molti treni sono stati travolti dal fango accumulato
dallo tsunami.
Le comunicazioni telefoniche, sia da fisso che da cellulare, sono andate in tilt
nell'area di Tokyo, dove invece ha resistito internet, consentendo le
comunicazioni in tempo reale.
Le connessioni dati dei cellulari hanno retto a singhiozzo consentendo le
comunicazioni via Twitter e, in alcuni casi, anche di chiamate mediante servizi di
voce su dati (Voip) come Skype.
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Città di Sendai (1 milione di ab.): è
l’area più vicina all’epicentro.
Il porto, dotato anche di terminale
petrolifero, e l’aeroporto sono stati
devastati dallo tsunami, che si è spinto
fino a 5 km all'interno della prefettura di
Fukushima.
In città si sono verificati diversi incendi,
uno dei quali ha fatto esplodere un
impianto petrolchimico della JX Nippon
Oil di Shiogama.
Un altro incendio, scoppiato vicino a una
scuola media nel quartiere Miyagino, ha
costretto circa 600 persone a rifugiarsi
sul tetto dell'istituto.
CITTA DI SENDAI
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DIGA DI FUJINUMA
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La diga di Fujinuma, vicina alla località di Sukagawa nella prefettura di
Fukushima. il cui invaso veniva utilizzato per l’irrigazione delle terre circostanti, è
crollata e un’ondata di acqua e fango si è riversata nella vallata sottostante,
travolgendo decine di abitazioni.
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DANNI A TOKYO
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Gli edifici hanno vibrato per diversi minuti (15 –
20 min)
4 milioni di abitazioni sono rimaste senza luce
Popolazione presente nella capitale = doppio di
quella residente (13 milioni)
Trasporti: sono stati bloccati gli aeroporti di
Narita e Haneda, treni e metropolitane (che
hanno ripreso a funzionare dopo diverse ore).
Tokyo Sky Tree (in costruzione) ha retto bene, raggiungerà un'altezza complessiva di circa 610 m.
Tokyo Tower si è piegata l’antenna.Alta 332.6 m, fu costruita nel 1958 dallo studio Nikken
Sekkei, ispirandosi alla Torre Eiffel).
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EDIFICI ALTI
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Edificio a Shinjuku:
54 piani, H = 223 m, Ttrasv = 6.2 s, Tlong = 5.1 s, con dissipatori viscosi
Ha vibrato per oltre 13 min
Spostamento in sommità = 108 cm (140 in assenza di dissipatori)
(Asahi Newspaper, 2011)
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EDIFICI CON ISOLAMENTO SISMICO
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Area di Tohoku:
ci sono circa 130 edifici isolati simicamente, che hanno superato bene il sisma e
non sono stati colpiti dallo tsunami.
Area di Tokyo:
a oltre 450 km dall'epicentro, edifici isolati hanno sopportato molto bene il sisma.
Kobe e Osaka:
oscillazioni estremamente lunghe (15-20 min) hanno interessato alcuni edifici
isolati, a circa 850 km dall'epicentro, dovute anche al basso valore dello
smorzamento dei dispositivi di isolamento adottati.
Fukushima:
un edificio isolato è stato uno dei pochi luoghi sicuri per la gestione
dell'emergenza ma, purtroppo, in area pericolosa per la radioattività.
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1995 KOBE EARTHQUAKE
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BRIDGES
20
Courtesy by K. Kawashima
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BRIDGES
21
Courtesy by K. Kawashima
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KOIZUMI BRIDGE
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Route 45: Rikuzen-Koizumi
Two 3-span continuous plate girder bridge.
P3 was washed away
Courtesy by K. Kawashima
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SHIN-KITAKAMI BRIDGE
23
Courtesy by K. Kawashima
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COLLAPSE MECHANISM
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Comportamento generalmente buono a fronte dell’evento sismico;
Appoggi sismici hanno funzionato bene in quasi tutti i casi;
I danni ai ponti sono quasi esclusivamente dovuti allo tsunami, che ha
sbalzato gli impalcati dalle pile;
Courtesy by K. Kawashima
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PUÒ ACCADERE IN ITALIA ?
Courtesy by Faccenna et al., 2001
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IMPARARE DAL TERREMOTO
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Le mappe di pericolosità giapponesi sono state ampiamente smentite dalla
realtà: ciò pone seri interrogativi sulle tecniche di valutazione della
pericolosità sismica;
L'early warning ha funzionato ma non ha potuto far molto a fronte dello
tsunami a causa dello scarso tempo tra l'allarme e l'arrivo delle onde sulle
coste;
I ponti hanno sopportato bene il sisma ma quelli esposti allo tsunami sono
stati sbalzati dalle pile: vanno previsti sistemi “anti-sbalzamento”.
Le strutture hanno resistito piuttosto bene al sisma; quelle di scarsa
consistenza, non hanno potuto nulla a fronte dell'onda anomala, mentre gli
edifici più alti e meglio incastrati al suolo hanno sopportato bene anche lo
tsunami, fornendo ricovero a molte persone;
La lunga durata delle oscillazioni va contrastata con smorzatori efficaci;
Il termine “unpredictable”, spesso usato per giustificare simili disastri non
soddisfa più, soprattutto per eventi con periodo di ritorno < 1000 anni;
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VERSO UNA “VERA” PREVENZIONE
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Mappe di pericolosità: i valori delle intensità sismiche di progetto (o dei periodi di
ritorno) per i vari stati limite, andrebbero fissati tenendo conto dei limiti delle nostre
conoscenze sulla storia sismica;
Albo speciale dei "progettisti delle strutture"
Valutazione della sicurezza strutturale per ciascun edificio, che ne riduca il
valore di mercato, rispetto al caso ottimale; inoltre, si potrebbe addirittura impedire la
vendita di immobili con grado di sicurezza inferiore ad un minimo prefissato.
Assicurazione obbligatoria sui fabbricati, che innanzitutto sollevi lo Stato dalle
spese di ricostruzione a seguito di eventi calamitosi ma che costringa anche a controlli
e verifiche accurate; i costi di assicurazione dovrebbero variare in funzione del grado di
sicurezza dei vari immobili, in rapporto alla pericolosità del sito;
“Edificio non adeguato sismicamente”: come in prossimità di pareti rocciose
pericolanti è scritto "caduta massi" e sui pacchetti di sigarette è scritto "nuoce
gravemente alla salute", all'ingresso degli edifici non adeguati sismicamente,
soprattutto quelli pubblici e meta di turisti, dovrebbe essere evidenziata tale
caratteristica;
Fattore di struttura: si dovrebbe progettare in campo elastico fino ad un certo
valore dell’azione sismica
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More effective prevention strategies would safe not only tens of billions of dollars, but safe
tens of thousands of lives. Funds currently spent on interventions and relief could be
devoted to enhancing equitable and sustainable development instead, which would further
reduce the risk for war and disaster.
Building a culture of prevention is not easy.
While the costs of prevention have to be paid in
the present, its benefits lie in the distant future.
Moreover the benefits are not tangible; they are
the disaster that did not happen.
(Kofi Annan)
PREVENZIONE
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