Κυριαζής ΠΙΤΙΛΑΚΗΣ 1, Αναστάσιος ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΗΣ 2, Σωτήρης ΑΡΓΥΡΟΥ ΗΣ 3, Καλλιόπη ΚΑΚ ΕΡΗ 4, Μαρία ΑΛΕΞΟΥ Η 5

Transcript

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας 5 7 Νοεµβρίου, 2008 Άρθρο 1939 Αποτίµηση Τρωτότητας και ιαχείριση Σεισµικής ιακινδύνευσης ικτύων Κοινής Ωφέλειας, Υποδοµών και Κρίσιµων Υπηρεσιών. Εφαρµογή στην Μητροπολιτική Θεσσαλονίκη. Vulnerability Assessment and Seismic Risk Management of Lifelines, Infrastructure and Critical Facilities. Application in the Metropolitan Area of Thessaloniki. Κυριαζής ΠΙΤΙΛΑΚΗΣ 1, Αναστάσιος ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΗΣ 2, Σωτήρης ΑΡΓΥΡΟΥ ΗΣ 3, Καλλιόπη ΚΑΚ ΕΡΗ 4, Μαρία ΑΛΕΞΟΥ Η 5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται εν συντοµία µια πολυεπίπεδη µεθοδολογία για την εκτίµηση και διαχείριση της σεισµικής διακινδύνευσης των δικτύων κοινής ωφέλειας και υποδοµών εντός αστικών συγκροτηµάτων. Η µεθοδολογία αυτή περιλαµβάνει την απογραφή των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της κάθε συνιστώσας των δικτύων και υποδοµών, τον καθορισµό της τυπολογίας τους, την ανάπτυξη σεισµικών σεναρίων λαµβάνοντας υπόψη τις τοπικές εδαφικές συνθήκες, την αποτίµηση της τρωτότητας και των αναµενόµενων βλαβών τους, την ανάλυση και ιεράρχηση της σπουδαιότητας των εκτιθέµενων σε σεισµικό κίνδυνο στοιχείων και τελικά τον χρονικό προγραµµατισµό της διαδικασίας αποκατάστασης των δικτύων στην πριν το σεισµό κατάσταση. Τελικά, η µεθοδολογία καταλήγει στο να παράσχει «ευφυείς» στρατηγικές αποκατάστασης στην περίπτωση µετασεισµικών επεµβάσεων ή στο προσδιορισµό κατάλληλων προτεραιοτήτων για προσεισµικές επεµβάσεις ανάλογες των δικτύων που εξετάζονται. Ενδεικτικά κατά την περιγραφή των σταδίων της µεθοδολογίας παρουσιάζονται κάποια παραδείγµατα από την εφαρµογή της στην πόλη της Θεσσαλονίκης. ABSTRACT : The paper briefly presents a general and modular methodology for the vulnerability assessment and seismic risk management of lifelines and infrastructures in urban areas. The different factors involved include the inventory, typology and vulnerability characteristics of the elements at risk, as well as the construction of seismic scenarios (seismic hazard), the geotechnical characterization and the detailed site response of the area. Given the spatial distribution of the characteristics of earthquake motion, loss scenarios for lifelines and infrastructures are produced. The methodology also includes the classification of the importance of each lifeline element in different periods (normal, crisis 1 Καθηγητής, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, kpitilak@civil.auth.gr 2 Λέκτορας, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, anas@civil.auth.gr 3 Πολιτικός Μηχανικός, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, sarg@civil.auth.gr 4 Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, kakderi@civil.auth.gr 5 ρ Πολιτικός Μηχανικός, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, alexoudi@civil.auth.gr

2 and recovery) based on a global value analysis Finally, it concludes in advanced postseismic restoration policies and efficient pre-seismic retrofitting actions. Examples of the application of the methodology are provided for the case of Thessaloniki s Metropolitan area. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στα πλαίσια του ερευνητικού προγράµµατος SRMLIFE (ΓΓΕΤ, ) αναπτύχθηκε µια πολυεπίπεδη µεθοδολογία για την εκτίµηση και διαχείριση της σεισµικής διακινδύνευσης των δικτύων κοινής ωφέλειας και υποδοµών εντός αστικών συγκροτηµάτων µέσω της λογικής ανάπτυξης σεισµικών σεναρίων (Σχήµα 1). Τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από την συγκεκριµένη έρευνα είναι άµεσα αξιοποιήσιµα από τους φορείς που συµµετείχαν στο πρόγραµµα για το σχεδιασµό και την κατάρτιση «ευφυών» στρατηγικών διαχείρισης κρίσεων. Συγκεκριµένα, συµµετείχαν οργανισµοί που διαχειρίζονται τα δίκτυα κοινής ωφελείας και τις υποδοµές, οι οποίοι κυρίως παρείχαν τα απαραίτητα δεδοµένα, ενώ µαζί µε τους φορείς τοπικής αυτοδιοίκησης θα είναι οι τελικοί αποδέκτες - χρήστες των αποτελεσµάτων της εφαρµοσµένης έρευνας που πραγµατοποιήθηκε από τους πανεπιστηµιακούς και τους ερευνητικούς φορείς που συµµετείχαν στο πρόγραµµα. ΑΠΟΓΡΑΦΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΕΠΙΚΙΝ ΥΝΟΤΗΤΑ Σεισµικότητα, µοντέλα σεισµικών πηγών, σχέσεις Πληθυσµός, χρήσεις γης, κοινωνικο-οικονοµική δραστηριότητα, δόµηση, κ.τ.λ ΑΝΑΛΥΣΗ ΟΛΙΚΗΣ ΑΞΙΑΣ των δικτύων ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ των δικτύων (αρχικό δίκτυο) ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ των δικτύων (δίκτυο µε βλάβες) Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά ΤΥΠΟΛΟΓΙΑ των στοιχείων των δικτύων ΤΡΩΤΟΤΗΤΑ Καµπύλες τρωτότητας ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ Κατανοµή βλαβών ΑΠΩΛΕΙΕΣ (ανθρώπινες, υλικές, άυλες) ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ (Άµεσες, έµµεσες) ΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΕΝΑΡΙΑ 100, 475, 1000χρόνια ΜΙΚΡΟΖΩΝΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ - Τοπικές εδαφικές συνθήκες - Εδαφική ταλάντωση - Ρευστοποίηση - Κατολισθήσεις - Γειτνίαση µε ρήγµα Παράµετροι της σεισµικής εδαφικής κίνησης -Εδαφική ταλάντωση -Μόνιµες µετακινήσεις ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΠΟΛΙΤΙΚΗ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΚΡΙΣΗΣ Σχήµα 1. Γενικό διάγραµµα αναπτυχθείσας µεθοδολογίας Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται πολύ συνοπτικά τα επιµέρους βήµατα της προτεινόµενης µεθοδολογίας, η οποία είναι προσανατολισµένη στις ιδιαιτερότητες του 2

3 ελληνικού χώρου, ενώ δίνονται ενδεικτικά ορισµένα ελάχιστα παραδείγµατα από την εφαρµογή της στην µητροπολιτική περιοχή της Θεσσαλονίκης. Ο προσδιορισµός των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών και της τυπολογίας των εκτιθέµενων σε σεισµικό κίνδυνο στοιχείων, η εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας και η ανάπτυξη σεισµικών σεναρίων σε µικροζωνική κλίµακα, καθώς και η αποτίµηση της σεισµικής τρωτότητας και της σπουδαιότητας των επιµέρους συνιστωσών του κάθε δικτύου, αποτελούν τα βασικά βήµατα της µεθοδολογίας αποτίµησης της σεισµικής διακινδύνευσης. Ένδεκα δίκτυα µε τις αντίστοιχες υποδοµές τους µελετήθηκαν στα πλαίσια του ερευνητικού προγράµµατος:δίκτυο ύδρευσης, αποχέτευσης, φυσικού αερίου, ηλεκτρικής ενέργειας, τηλεπικοινωνιών, πυρόσβεσης, υγειονοµικής περίθαλψης, τα συγκοινωνιακά δίκτυα (οδικό, σιδηροδροµικό, αεροδρόµιο, λιµάνι) καθώς και τα στρατηγικά κτίρια για την διαχείριση της κρίσης (Περιφέρειας, Νοµαρχίας, ήµων και λοιπά). ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΙΚΤΥΩΝ ΚΟΙΝΗΣ ΩΦΕΛΕΙΑΣ ΚΑΙ ΥΠΟ ΟΜΩΝ. ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΒΑΣΕΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ GIS. Το στάδιο της απογραφής των πληροφοριών περιλαµβάνει καταρχήν την ανάπτυξη ενός καταλόγου µε όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την ταξινόµηση και τον καθορισµό της τυπολογίας των συνιστωσών των δικτύων κοινής ωφέλειας, των υποδοµών και των κρίσιµων υπηρεσιών. Ακολουθεί η συλλογή και καταχώρηση των στοιχείων σε βάσεις δεδοµένων, καθώς και η χαρτογράφηση όλων των εκτιθέµενων σε σεισµικό κίνδυνο στοιχείων σε ενιαίο περιβάλλον Γεωγραφικών Συστηµάτων Πληροφοριών (GIS). Η κατάρτιση των καταλόγων απογραφής ανά συνιστώσα του κάθε δικτύου έγινε λαµβάνοντας υπόψη την διεθνή πρακτική, καθώς και το επίπεδο µελέτης της σεισµικής τρωτότητας που ακολουθείται σε κάθε περίπτωση. Με βάση τα συλλεχθέντα στοιχεία, δηµιουργήθηκε ψηφιακή βάση δεδοµένων µε τα απαραίτητα τοπολογικά, κατασκευαστικά, γεωµετρικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά σε περιβάλλον GIS (ArcGIS v.9, ESRI) και ενιαίο γεωδαιτικό σύστηµα αναφοράς (ΕΓΣΑ 87). Τονίζεται ότι η συλλογή των δεδοµένων αποτελεί µια εξαιρετικά δύσκολη, χρονοβόρα και υψηλούς κόστους εργασία, λόγω της µεγάλης έκτασης και πολυπλοκότητας των δικτύων, της έλλειψης στοιχείων εξαιτίας της παλαιότητας (π.χ. δίκτυο ύδρευσης), της απουσίας αρχείων, όπως σχέδια και µελέτες στις αρµόδιες υπηρεσίες, αλλά και για λόγους ασφαλείας και απορρήτου (π.χ. τηλεπικοινωνίες). Ο προσδιορισµός της τυπολογίας αποσκοπεί στην περιγραφή και τον καθορισµό των τεχνικών και λοιπών χαρακτηριστικών των επιµέρους συνιστωσών του κάθε δικτύου τα οποία καθορίζουν σε σηµαντικό βαθµό το επίπεδο της σεισµικής συµπεριφοράς. Ο καθορισµός τυπολογικών κατηγοριών για την κάθε συνιστώσα σχετίζεται άµεσα µε τις καµπύλες τρωτότητας που προτείνονται σε επόµενο στάδιο, καθώς γίνεται η παραδοχή ότι οι κατασκευές µε παρόµοια τυπολογικά χαρακτηριστικά παρουσιάζουν παρόµοια απόκριση υπό ορισµένη σεισµική φόρτιση. Στην διαδικασία ορισµού κατηγοριών τυπολογίας έγινε συνεκτίµηση των ιδιαιτεροτήτων και τεχνολογικών δεδοµένων που επικρατούν στον ελληνικό χώρο, ενώ η δηµιουργία λεπτοµερών καταλόγων απογραφής και αντίστοιχων βάσεων δεδοµένων συνέβαλε αποφασιστικά προς την κατεύθυνση αυτή. Στον Πίνακα 1 δίνεται ως ελάχιστο παράδειγµα η τυπολογία για την περίπτωση δεξαµενών ύδρευσης. Αντίστοιχοι 3

4 τυπολογικοί πίνακες δηµιουργήθηκαν για όλες τις συνιστώσες και των ένδεκα δικτύων κοινής ωφέλειας που εξετάσθηκαν. Πίνακας 1. Τυπολογία δεξαµενών ύδρευσης. Στοιχεία Μεταλλικές Σκυρόδεµα Φέρουσα τοιχοποιία Ανοικτού τύπου εξαµενές Οι υπερυψωµένες δεξαµενές (elevated tanks) έχουν συνήθως χωρητικότητα m 3 και είναι συνήθως µεταλλικές ή από σκυρόδεµα. Συχνά τις συναντούµε σε µικρές πόλεις ή αγροτικές περιοχές. Έχουν εγκάρσιους συνδέσµους για να ανθίστανται στις ανεµοπιέσεις και τα σεισµικά φορτία. Σε αρκετές περιπτώσεις έχουν σχεδιαστεί χωρίς κάποιο αντισεισµικό κανονισµό. Η χωρητικότητα των υπέργειων δεξαµενών µε θεµελίωση σε γενική κοιτόστρωση ή σε πασσάλους κυµαίνεται από m 3. Το είδος της οροφής τους µπορεί να είναι από ξύλο ή από µέταλλο ενώ υπάρχουν και αρκετές µεταλλικές δεξαµενές χωρίς οροφή. Γενικά στο Ευρωπαϊκό και στον Ελλαδικό χώρο οι δεξαµενές κατασκευάζονται από σκυρόδεµα (R/C) µε οροφή από σκυρόδεµα. Είναι δυνατόν να είναι υπέργειες ή υπόγειες, αγκυρωµένες ή όχι. Πολλές δεξαµενές οπλισµένου σκυροδέµατος έχουν υποστεί και προένταση. Στην Ελλάδα, σε αστικές ζώνες, συνήθως είναι κατασκευασµένες από σκυρόδεµα ή µε προένταση µε γενική κοιτόστρωση ή µε πασσάλους ανάλογα µε την περιοχή που βρίσκονται. Υπάρχουν δεξαµενές που είναι κατασκευασµένες καθαρά από φέρουσα τοιχοποιία ή πολλές φορές είναι ενισχυµένες από οπλισµένο σκυρόδεµα. εξαµενές τέτοιου τύπου υπάρχουν και χρησιµοποιούνται ακόµη µέχρι σήµερα από το δίκτυο ύδρευσης (π.χ δεξαµενή Ευαγγελίστριας). Έχουν κατασκευαστεί ως εδαφικό ανάχωµα. Συνήθως είναι ανοικτές στην οροφή. Σπάνια τοποθετείται οροφή ώστε να προστατεύεται το νερό από εξωτερική µόλυνση. ΣΕΝΑΡΙΑ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΠΙΚΙΝ ΥΝΟΤΗΤΑΣ ΜΙΚΡΟΖΩΝΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ Η Μικροζωνική µελέτη της ευρύτερης περιοχής της Θεσσαλονίκης πραγµατοποιήθηκε για τρεις διαφορετικές µέσες περιόδους επαναφοράς Tm= 100, 475 και 1000 χρόνια. Τα αντίστοιχα σεισµικά σενάρια καθορίστηκαν µε βάση µια πιθανολογική ανάλυση της σεισµικής επικινδυνότητας, ενώ χρησιµοποιήθηκαν πρόσφατα δεδοµένα σχετικά µε την σεισµικότητα της περιοχής, τις αντίστοιχες σεισµικές ζώνες και τα ρήγµατα (SRMLIFE, ). Για την αποτίµηση της επιρροής των τοπικών εδαφικών συνθηκών στην σεισµική κίνηση πραγµατοποιήθηκε για κάθε σενάριο πληθώρα αναλύσεων της εδαφικής απόκρισης λαµβάνοντας υπόψη τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά και τις δυναµικές ιδιότητες των κύριων εδαφικών σχηµατισµών που προσδιορίστηκαν για όλη την έκταση του πολεοδοµικού συγκροτήµατος. Για τις αναλύσεις αυτές έγινε χρήση πέντε διαφορετικών, ανοιγµένων στις τιµές σχεδιασµού, επιταχυνσιογραφηµάτων (σε συνθήκες βράχου), επιλεγµένων µε βάση τα αποτελέσµατα της ανάλυσης σεισµικής επικινδυνότητας και της τεκτονικής της περιοχής. Γεωτεχνική κατηγοριοποίηση και δυναµικά χαρακτηριστικά των εδαφικών σχηµατισµών Η αποτίµηση αξιόπιστων προσοµοιωµάτων υπολογισµού της επιρροής των τοπικών εδαφικών συνθηκών αποτελεί το κλειδί σε µια σύγχρονη και «υψηλής τεχνολογίας» µικροζωνική µελέτη, κυρίως σε περιοχές µεγάλης σεισµικότητας µε σύνθετες γεωλογικές δοµές και ιδιαίτερα ετερογενή εδαφικά υλικά. Επιπρόσθετα, οι µελέτες που αποσκοπούν στην µείωση της σεισµικής διακινδύνευσης σε µια µεγάλη πόλη όπως είναι η Αθήνα ή η Θεσσαλονίκη, απαιτούν την λεπτοµερή γνώση της χωρικής κατανοµής συγκεκριµένων 4

5 παραµέτρων της ισχυρής εδαφικής κίνησης που υπολογίζεται σε ολόκληρη την έκταση της εξεταζόµενης περιοχής (π.χ. PGA, PGV, PGD) για διαφορετικά προεπιλεγµένα σεισµικά σενάρια. Στα πλαίσια της λογικής που αναπτύχθηκε παραπάνω και ως συνέχεια προηγούµενων ερευνητικών εργασιών κατασκευάστηκε ένα λεπτοµερές µοντέλο της επιφανειακής γεωλογίας µε πλήρη γνώση των γεωτεχνικών χαρακτηριστικών για την πόλη της Θεσσαλονίκης, κατάλληλα προσανατολισµένο στην µελέτη των τοπικών εδαφικών συνθηκών. Επιπλέον καταρτίστηκε λεπτοµερής γεωτεχνικός χάρτης (Anastasiadis et al., 2001) µε βάση πολυάριθµα δεδοµένα από γεωτεχνικές έρευνες (δειγµατοληπτικές γεωτρήσεις, πενετροµετρήσεις, υδρογεωτρήσεις), γεωφυσικές διασκοπήσεις (δοκιµές cross hole, down hole, αντιστροφής επιφανειακών κυµάτων), δοκιµές µικροθορύβου, κλασσικές γεωτεχνικές και ειδικές εργαστηριακές δοκιµές (στήλη συντονισµού, κυκλική τριαξονική) (Pitilakis et al., 1992, Pitilakis and Anastasiadis, 1998, Raptakis et al., 1994a, Raptakis et al., 1994b, Ραπτάκης, 1995, Apostolidis et al., 2004). Συνολικά εννιά (9) διαφορετικοί εδαφικοί σχηµατισµοί συνθέτουν το εδαφικό υπόβαθρο της πόλης. Για όλες τις κατηγορίες εδαφών καθορίστηκαν καµπύλες µεταβολής του µέτρου διάτµησης (G/Go) και του λόγου απόσβεσης D s -γ (Σχήµα 2) ως αποτέλεσµα εκτεταµένων εργαστηριακών δοκιµών στήλης συντονισµού και κυκλικών τριαξονικών δοκιµών (Pitilakis et al., 1992, Pitilakis and Anastasiadis, 1998, Αναστασιάδης, 1994). Οι θεµατικοί χάρτες του Σχήµατος 3 απεικονίζουν την χωρική κατανοµή και το πάχος των επιφανειακών επιχωµατώσεων και το βάθος εµφάνισης του βραχώδους υποβάθρου. Η διακύµανση του πάχους και του βάθους όλων των σχηµατισµών απεικονίζεται σε πλήθος χαρτών που συνοδεύονται από αντίστοιχους πίνακες µε τις µέσες τιµές των γεωτεχνικών παραµέτρων και σχετικά διαγράµµατα. 1.0 Microzonation of Thessaloniki Based on Resonant Column Tests & Literature A(center) C A(E-part) D B1 E B2 F B3 G Microzonation of Thessaloniki Based on Resonant Column Tests & Literature A(center) C A1(East part) D B1 E B2 F B3 G G/G max D S (%) Shear Strain, γ(%) Shear Strain, γ(%) Σχήµα 2. Μέσες καµπύλες µεταβολής του µέτρου διάτµησης (G/Go) και της απόσβεσης (Ds) συναρτήσει της διατµητικής παραµόρφωσης γ(%) σε στρεπτική ταλάντωση από δοκιµές συντονισµού για τις κύριες εδαφικές κατηγορίες στο πολεοδοµικό συγκρότηµα Θεσσαλονίκης (Anastasiadis et al., 2001, Αναστασιάδης και συν., 2008). 5

6 α) β) Main Road Byzantine City Walls Main Road Byzantine City Walls Σχήµα 3. Γεωτεχνικοί θεµατικοί χάρτες της περιοχής Θεσσαλονίκης µε καµπύλες µεταβολής του πάχους των κύριων εδαφικών σχηµατισµών (A, C, E και F και G). α) πάχος του σχηµατισµού A ( ιστορικές επιχωµατώσεις), β) βάθος εµφάνισης του βραχώδους υποβάθρου (σχηµατισµός G). Αναλύσεις σεισµικής απόκρισης Συνδυάζοντας τον γεωτεχνικό χάρτη, τους θεµατικούς χάρτες που περιγράφουν την χωρική κατανοµή και το πάχος των εδαφικών σχηµατισµών και τις λεπτοµερείς δισδιάστατες εδαφοδυναµικές τοµές, δηµιουργήθηκαν τυπικές µονοδιάστατες εδαφοδυναµικές τοµές σε 520 θέσεις σε έναν κάνναβο µε διαστάσεις που κυµαίνονται από 250m x 250m έως 1000m x 1000m. Για τις αναλύσεις σεισµικής απόκρισης χρησιµοποιήθηκαν ως σεισµικές διεγέρσεις εισαγωγής στο εκάστοτε βραχώδες υπόβαθρο, καταγραφές επιταχυνσιογραφηµάτων από πέντε σεισµικές διεγέρσεις, µε χαρακτηριστικά που καλύπτουν ικανοποιητικά την ένταση και το συχνοτικό περιεχόµενο του σεισµού σχεδιασµού σε συνθήκες επιφανειακής εµφάνισης βραχώδους υποβάθρου για την περιοχή της Θεσσαλονίκης. Τα αντίστοιχα επιταχυνσιογραφήµατα χρησιµοποιήθηκαν βέβαια µετά από κατάλληλη επικλιµάκια ή υποκλιµάκια αναγωγή τους στις τιµές σχεδιασµού βάσει των αποτελεσµάτων της ανάλυσης σεισµικής επικινδυνότητας για τα τρία σενάρια (περίοδο επαναφοράς σεισµού 100, 475 και 1000 χρόνια). Η χωρική κατανοµή της σεισµικής ταλάντωσης στην επιφάνεια του εδάφους, σε όρους µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (Peak Ground Acceleration, PGA) και ταχύτητας (Peak Ground Velocity, PGV) παρουσιάζονται στο Σχήµα 4 για την περίπτωση του σεισµικού σεναρίου µε 10% πιθανότητα υπέρβασης στα 50 χρόνια (µέση περίοδο επαναφοράς σεισµού 6

7 475 χρόνια). Αντίστοιχοι χάρτες έχουν δηµιουργηθεί για άλλες παραµέτρους της εδαφικής ταλάντωσης (PGA σε διαφορετικά βάθη, φασµατικές τιµές επιτάχυνσης και ταχύτητας σε διάφορες περιόδους Τ=0,3s, 0.6s, 1.0s, 2.0s, αναπτυσσόµενες διατµητικές παραµορφώσεις σε κρίσιµα βάθη, π.χ και -6.0m, συντελεστές εδαφικής ενίσχυσης και δεσπόζουσες περίοδοι). Όλες αυτές οι παράµετροι της ισχυρής εδαφικής κίνησης προσδιορίστηκαν για τα τρία σεισµικά σενάρια. Παράλληλα µελετήθηκε ο κίνδυνος ρευστοποίησης που είναι υπαρκτός στην παραλιακή ζώνη και ειδικά στις δυτικές παράλιες περιοχές. Στα πλαίσια της συγκεκριµένης έρευνας προσδιορίστηκαν οι µόνιµες κατακόρυφες και οριζόντιες εδαφικές µετακινήσεις (καθίζηση, πλευρική εξάπλωση) λόγω ρευστοποίησης στην περιοχή της Θεσσαλονίκης για τα τρία σεισµικά σενάρια µε την χρήση εµπειρικών και αναλυτικών µεθόδων (Seed et al., 2003, Youd et al., 2001, EC8, Ishihara and Yoshimine, 1992, Elgamal et al., 2001). Το Σχήµα 5 απεικονίζει την χωρική κατανοµή των µόνιµων εδαφικών παραµορφώσεων (καθιζήσεων) για το σενάριο των 475 χρόνων. Τονίζεται ότι οι παραπάνω παράµετροι της ισχυρής εδαφικής κίνησης είναι αναγκαίοι για την αποτίµηση των σεισµικών βλαβών καθώς οι µελέτες εκτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των εκτεταµένων δικτύων µε συνιστώσες διαφορετικής τυπολογίας και σπουδαιότητας, απαιτούν την χρήση χαρτών µε την χωρική κατανοµή διαφορετικών παραµέτρων της εδαφικής κίνησης (π.χ. PGA, PGV, PGD) για διαφορετικής έντασης σεισµικά σενάρια. α) β) Σχήµα 4. Χωρική κατανοµή των µέσων τιµών α) της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (PGA: g s) και β) της µέγιστης εδαφικής ταχύτητας (PGV: cm/s) (Tm=475 χρόνια). 7

8 Σχήµα 5. Χωρική κατανοµή των µέσων τιµών της «µέγιστης» µόνιµης εδαφικής παραµόρφωσης (καθιζήσεις) λόγω ρευστοποίησης - v(cm) για το σενάριο των 475 χρόνων. ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ Η αποτίµηση των πιθανών αστοχιών πραγµατοποιήθηκε για τα υπό µελέτη δίκτυα και κρίσιµες υποδοµές στην Θεσσαλονίκη, µε βάση τα αποτελέσµατα της Μικροζωνικής µελέτης για τα τρία σεισµικά σενάρια µε µέσες περιόδους επαναφοράς T m = 100, 475 και 1000 χρόνια µετά την επιλογή κατάλληλων για κάθε συνιστώσα και κάθε δίκτυο σχέσεων τρωτότητας. Ο υπολογισµός του είδους και της έκτασης των βλαβών στηρίχθηκε στα διαθέσιµα τυπολογικά και κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των υπό εξέταση στοιχείων, καθώς και σε κατάλληλες καµπύλες τρωτότητας που είναι δυνατό να προκύψουν µε µεθόδους εµπειρικές, αναλυτικές ή βασισµένες στην έµπειρη κρίση ειδικών. Οι συναρτήσεις τρωτότητας δίνουν την πιθανότητα το υπό εξέταση στοιχείο να βρίσκεται ή να έχει υπερβεί ένα δεδοµένο επίπεδο βλάβης (π.χ. µικρές, µέτριες, εκτεταµένες, πλήρης) κάτω από την επίδραση µιας σεισµικής διέγερσης συγκεκριµένης έντασης. Η τελευταία εκφράζεται αναλόγως του είδους της συνιστώσας µε την µέγιστη τιµή της εδαφικής επιτάχυνσης, ταχύτητας ή µετακίνησης ή τις φασµατικές τους τιµές ή ακόµη και την µόνιµη εδαφική µετακίνηση. Οι καµπύλες τρωτότητας είναι συνήθως λογαριθµοκανονικές συναρτήσεις σωρευτικής κατανοµής δύο παραµέτρων (µέση τιµή και διασπορά β) για κάθε επίπεδο βλάβης (Pitilakis et al., 2005). Για την πρόταση κατάλληλων σχέσεων τρωτότητας ή την επιλογή καµπυλών τρωτότητας της διεθνούς βιβλιογραφίας, αρχικά έγινε συγκέντρωση στοιχείων σχετικών µε το είδος και την έκταση των αστοχιών που παρατηρήθηκαν σε συνιστώσες των δικτύων κοινής ωφέλειας και υποδοµών, ύστερα από ισχυρούς σεισµούς, προκειµένου να κατανοηθεί η απόκριση τους έναντι των σεισµών και να προσδιοριστούν τα επίπεδα βλάβης που αναµένεται να παρουσιασθούν. Στη συνέχεια έγινε αξιολόγηση των διαθέσιµων µεθόδων αποτίµησης της 8

9 τρωτότητας ανά δίκτυο, σε συνδυασµό µε τα τυπολογικά χαρακτηριστικά της κάθε συνιστώσας και τα δεδοµένα αστοχιών από σεισµούς του ελλαδικού χώρου όπου αυτά υπήρχαν (π.χ. Λευκάδα) (Αλεξούδη, 2005). Τελικά προτάθηκαν καµπύλες τρωτότητας για κάθε συνιστώσα, είτε µε υιοθέτηση υπαρχόντων σχέσεων, ύστερα από κατάλληλη προσαρµογή είτε µε ανάπτυξη νέων (π.χ. Αργυρούδης και Πιτιλάκης., 2008). Στην συνέχεια παρουσιάζονται ορισµένα ελάχιστα πλην όµως χαρακτηριστικά παραδείγµατα αποτίµησης της τρωτότητας για το δίκτυο ύδρευσης, το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, το οδικό δίκτυο (γέφυρες) και το δίκτυο υγειονοµικής περίθαλψης (κτιριακές εγκαταστάσεις). Η αποτίµηση των συνιστωσών των δικτύων, εκτός των κτιρίων, γίνεται µε χρήση των κορυφαίων τιµών των παραµέτρων της εδαφικής κίνησης, καθώς δεν υπάρχουν σχετικές κανονιστικές διατάξεις ή προδιαγραφές. Αντίθετα, για τα κτίρια η εφαρµογή των ενεργών τιµών επιτάχυνσης συνάδει µε τις σύγχρονες κανονιστικές διατάξεις αντισεισµικού σχεδιασµού. Ειδικά για τις σύνθετες συνιστώσες (π.χ. αντλιοστάσια) η χρήση κορυφαίων τιµών είναι προς την πλευρά της ασφαλείας, καθώς η τρωτότητά τους καθορίζεται από την σύνθετη απόκριση εγκαταστάσεων και κτιρίων, που σηµαίνει µεγαλύτερη αβεβαιότητα. ίκτυο ύδρευσης Το δίκτυο ύδρευσης της Θεσσαλονίκης αποτελείται περίπου από 1350km αγωγών. Ο κατάλογος απογραφής που αναπτύχθηκε, περιλαµβάνει διάφορα στοιχεία όπως γεωγραφικές συντεταγµένες, διάµετρο, υλικό, ηλικία, λειτουργικό τοµέα, δεξαµενή παροχής, είδος, βάθος, µήκος, είδος σύνδεσης και ιστορικό αστοχιών. Η αποτίµηση των αναµενόµενων βλαβών (διαρροές και/ ή θραύσεις) γίνεται µε βάση τον υπολογισµό του αναµενόµενου Ρυθµού Επιδιορθώσεων (Repair Rate) ανά km (RR/km). Για την αποτίµηση της τρωτότητας των αγωγών λόγω εδαφικής ταλάντωσης χρησιµοποιήθηκε η σχέση τρωτότητας των O Rourke & Ayala (1993) που προτείνεται από το HAZUS (NIBS, 2004), στην οποία το επίπεδο της σεισµικής διέγερσης καθορίζεται από την τιµή της µέγιστης εδαφικής ταχύτητας (PGV). Για την αποτίµηση των αναµενόµενων βλαβών λόγω εδαφικής αστοχίας συναρτήσει της µόνιµης εδαφικής παραµόρφωσης (ρευστοποίησης) χρησιµοποιήθηκε η σχέση τρωτότητας των Honegger & Eguchi (1992). Ο έλεγχος, η αξιολόγηση και τελικά η επιλογή των παραπάνω εµπειρικών σχέσεων τρωτότητας πραγµατοποιήθηκε µε βάση τεκµηριωµένα στοιχεία βλαβών από πρόσφατους σεισµούς στην Λευκάδα το 2003 και στην Duzce-Τουρκία το 1999 (Αλεξούδη, 2005, Pitilakis et al, 2005). Η αποτίµηση της τρωτότητας για τις δεξαµενές και τα αντλιοστάσια πραγµατοποιήθηκε µε χρήση κατάλληλων καµπυλών τρωτότητας µε βάση τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των υπό εξέταση στοιχείων. Το Σχήµα 6 παρουσιάζει την χωρική κατανοµή και την έκταση των εκτιµώµενων βλαβών για το σενάριο των 475 χρόνων. Ο αριθµός, η έκταση και η θέση των βλαβών, σχετίζονται µε την χωρική κατανοµή της σεισµικής διέγερσης για το συγκεκριµένο σενάριο, καθώς και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των εξεταζόµενων στοιχείων. 9

10 Σχήµα 6. Αποτίµηση της τρωτότητας και κατανοµή βλαβών για το δίκτυο ύδρευσης της Θεσσαλονίκης (T m =475 χρόνια) (Alexoudi et al, 2007) ίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας Το σύστηµα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας στην πόλη της Θεσσαλονίκης περιλαµβάνει µονάδες (υποσταθµούς και γραµµές) µεταφοράς και διανοµής ανάλογα µε την λειτουργικότητά τους στο δίκτυο καθώς και κτιριακές εγκαταστάσεις για την διαχείριση και την λειτουργία του. Λόγω του µεγάλου πλήθους στοιχείων και της εξαιρετικής πολυπλοκότητας του δικτύου (κατά βάση του κυκλώµατος διανοµής) καθορίστηκαν σε συνεργασία µε την αρµόδια υπηρεσία ( ΕΗ) οι πιο σηµαντικές συνιστώσες του βάσει ενός προκαταρκτικού προσδιορισµού της σπουδαιότητάς τους για την λειτουργία του ίδιου του δικτύου και του συνόλου των υποδοµών και δικτύων της πόλης. Έτσι δηµιουργήθηκε αναλυτικός κατάλογος απογραφής για τους εννιά (9) υποσταθµούς µεταφοράς της πόλης που περιλαµβάνει στοιχεία όπως την ονοµασία, την διεύθυνση, το είδος, την τάση λειτουργίας τους, την ύπαρξη ή µη αγκυρώσεων στα στοιχεία του εξοπλισµού, τον αριθµό των µετασχηµατιστών, το είδος της παροχής, καθώς και τα κύρια κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του κτιρίου για την περίπτωση των κλειστών υποσταθµών. Στην βάση δεδοµένων εντάχθηκαν επίσης οι γραµµές µεταφοράς, τα κτίρια του δικτύου και οι υποσταθµοί διανοµής που παρέχουν ενέργεια στις κρίσιµες υπηρεσίες (π.χ. νοσοκοµεία, κτίρια πολιτικής προστασίας κτλ). Για την αποτίµηση της τρωτότητας των υποσταθµών µεταφοράς, λόγω εδαφικής ταλάντωσης, έγινε χρήση νέων καµπυλών τρωτότητας που προτάθηκαν στο πλαίσιο του παρόντος έργου, µέσω της τροποποίησης υπαρχουσών καµπυλών τρωτότητας υποσταθµών µε βάση την ελληνική τυπολογία και κατασκευαστική πρακτική. Ο έλεγχος της αξιοπιστίας τους στηρίχθηκε σε στοιχεία σεισµικών βλαβών σε υποσταθµούς από σεισµούς στον Ελλαδικό χώρο και κυρίως από τον σεισµό της Κοζάνης το Η αναµενόµενη σεισµική 10

11 απόκριση των υποσταθµών µεταφοράς καθορίζεται από την χωρική κατανοµή των µέσων τιµών της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης στην επιφάνεια για τα τρία σενάρια, αλλά και της τυπολογίας των υποσταθµών. Ειδικότερα οι κλειστοί υποσταθµοί, µε χαµηλό επίπεδο αντισεισµικού σχεδιασµού των κτιριακών εγκαταστάσεων, εµφανίζονται ιδιαίτερα τρωτοί. Στο Σχήµα 7 απεικονίζεται η κατανοµή των αναµενόµενων βλαβών στους υποσταθµούς µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας στην µητροπολιτική Θεσσαλονίκη για το σενάριο των 475 χρόνων. Σχήµα 7. Κατανοµή βλαβών στους υποσταθµούς µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας της Μητροπολιτικής περιοχής της Θεσσαλονίκης (Tm=475 χρόνια). Οδικό δίκτυο Η βάση δεδοµένων που δηµιουργήθηκε για το οδικό δίκτυο της Μητροπολιτικής περιοχής της Θεσσαλονίκης περιλαµβάνει περίπου 600 km δρόµων και 80 γέφυρες. Η πλειοψηφία των τελευταίων βρίσκεται στην περιφερειακή οδό και τις κύριες εξόδους της πόλης, ενώ η ταξινόµησή τους στηρίζεται στον αριθµό των ανοιγµάτων (µονά ή πολλαπλά), το επίπεδο αντισεισµικού σχεδιασµού (χαµηλό ή υψηλό), τον τύπο στήριξης των βάθρων (µονά ή πολλαπλά) και την συνέχεια των ανοιγµάτων (απλή έδραση ή συνεχή στήριξη). Η αποτίµηση της τρωτότητας περιλαµβάνει την εκτίµηση των άµεσων απωλειών σε γέφυρες και δρόµους λόγω εδαφικής ταλάντωσης και εδαφικής αστοχίας αντίστοιχα, καθώς και των έµµεσων απωλειών όπως κλεισίµατα των δρόµων λόγω κατάρρευσης των παράπλευρων κτιρίων (Αργυρούδης και συν., 2008). Το αναµενόµενο επίπεδο βλαβών για τις γέφυρες υπολογίζεται µε την υιοθέτηση καµπυλών τρωτότητας που προτείνονται από το HAZUS (NIBS, 2004), ενώ το σεισµικό σενάριο εισαγωγής παρέχεται από τα αποτελέσµατα της Μικροζωνικής µελέτης και αναφέρεται στη 11

12 µέση τιµής της φασµατικής επιτάχυνσης για περίοδο T=1,0sec. Το Σχήµα 8 παρουσιάζει για κάθε γέφυρα το εκτιµώµενο δυσµενέστερο πιθανό επίπεδο βλάβης (πιθανότητα υπέρβασης >50%). Η εφαρµογή του µοντέλου τρωτότητας αποδεικνύει ότι η πλειοψηφία των γεφυρών θα αποκριθεί µε ικανοποιητικό τρόπο. Υπάρχουν όµως ορισµένες γέφυρες, που αναµένεται να υποστούν σοβαρές βλάβες για το συγκεκριµένο σενάριο. Αυτό οφείλεται στην µεγαλύτερη τρωτότητα των γεφυρών αυτών (γέφυρες µε µονά βάθρα, απλής έδρασης και ανεπαρκούς σεισµικού σχεδιασµού), και τις υψηλές τιµές της αναµενόµενης φασµατικής επιτάχυνσης στην επιφάνεια. Οι τελευταίες αποδίδονται στις τοπικές εδαφικές συνθήκες και την εγγύτητα της σεισµικής πηγής (π.χ. στο νοτιότερο τµήµα). Για παράδειγµα, στο δυτικό και παράλιο τµήµα της πόλης το έδαφος αποτελείται από βαθιές, µαλακές αλλουβιακές αποθέσεις, ιλυοαµµώδης αργίλους έως αργιλώδεις άµµους και ιλύες, µε χαµηλή αντοχή και µεγάλη συµπιεστότητα (κατηγορία C κατά EC8). Εποµένως, η αναµενόµενη σεισµική διέγερση στην περιοχή αυτή παρουσιάζει µεγαλύτερη ενίσχυση σε µεγάλες περιόδους. Σχήµα 8. Κατανοµή βλαβών για τις οδικές γέφυρες της Μητροπολιτικής περιοχής της Θεσσαλονίκης (Tm=475 χρόνια). ίκτυο υγειονοµικής περίθαλψης Το δίκτυο υγειονοµικής περίθαλψης αποτελείται κατά βάση από κτιριακές εγκαταστάσεις (νοσοκοµεία, κλινικές, κέντρα υγείας). Ωστόσο, εντός των µεγάλων νοσοκοµειακών συγκροτηµάτων συναντάται πληθώρα αλληλεπιδρώντων στοιχείων (κτίρια, δίκτυα και υποδοµές), τα οποία είναι ζωτικής σηµασίας για την οµαλή λειτουργία των παρεχόµενων υπηρεσιών υγείας, ενώ εντοπίζονται και σηµαντικές συνέργιες µε το υπόλοιπο αστικό σύστηµα. 12

13 Για την αποτίµηση της τρωτότητας των κτιριακών εγκαταστάσεων έγινε χρήση κατάλληλων µοντέλων τρωτότητας που αναπτύχθηκαν για τους τύπους των κτιρίων που υπάρχουν στην Θεσσαλονίκη, ως συνάρτηση της κορυφαίας εδαφικής επιτάχυνσης (Kappos et al 2006, Penelis et al., 2002). Ο υπολογισµός του αναµενόµενου επιπέδου των άµεσων απωλειών έγινε και για τα τρία σενάρια µε βάση τα αποτελέσµατα της Μικροζωνικής Μελέτης και τη χρήση ενός ενιαίου µειωτικού συντελεστή, ίσο µε 0,7, για τη µετάβαση από τις µέγιστες στις ενεργές τιµές επιτάχυνσης του εδάφους. Η χρήση των ενεργών τιµών στην περίπτωση των κτιρίων συνάδει µε τις σύγχρονες κανονιστικές διατάξεις αντισεισµικού σχεδιασµού. Στο Σχήµα 9 δίνεται ένα παράδειγµα µε την κατανοµή των αναµενόµενων βλαβών για τις κτιριακές εγκαταστάσεις του Νοσοκοµείου «ΑΧΕΠΑ» για το σενάριο των 1000 χρόνων. Σχήµα 9. Κατανοµή βλαβών για τις κτιριακές εγκαταστάσεις του Περιφερειακού Γενικού Νοσοκοµείου «ΑΧΕΠΑ» της Θεσσαλονίκης (Tm=1000 χρόνια), (Στυλιανίδης και συν., 2007). ΑΝΑΛΥΣΗ ΟΛΙΚΗΣ ΑΞΙΑΣ Η ανάλυση και ιεράρχηση της σπουδαιότητας όλων των συνιστωσών του αστικού δικτύου, είναι πρωταρχικής σηµασίας για τον καθορισµό της συνολικής διακινδύνευσης, τον εντοπισµό των ευαίσθητων σηµείων και την χάραξη στρατηγικών διαχείρισης του σεισµικού κινδύνου. Στο πλαίσιο της µεθοδολογίας προτείνεται ένα σύστηµα ανάλυσης της «ολικής αξίας» των εκτιθέµενων σε σεισµικό κίνδυνο στοιχείων, που λαµβάνει υπόψη τις συνιστώσες του αστικού δικτύου, καθώς και τις µεταξύ τους σχέσεις, ανά περίοδο λειτουργίας. Η τελευταία διακρίνεται σε σχέση µε την εκδήλωση του σεισµικού γεγονότος στην περίοδο κανονικής λειτουργίας, την περίοδο κρίσεως και την περίοδο αποκατάστασης. Ο συνδυασµός της συγκεκριµένης προσέγγισης µε την αποτίµηση του αναµενόµενου επιπέδου βλαβών, συντελεί στην ορθολογική και ιεραρχηµένη διαχείριση του σεισµικού κινδύνου, µέσω κατάλληλων προσεισµικών ενισχύσεων, ή στρατηγικών αποκατάστασης των βλαβών. 13

14 Η ολική αξία του κάθε στοιχείου που εκτίθεται σε σεισµικό κίνδυνο εξαρτάται όχι µόνο από την συγκεκριµένη οικονοµική του αξία ή περιεχόµενο (φυσικό και έµψυχο), αλλά επίσης και από την χρησιµότητα και τον σχετικό ρόλο του σε όλο το αστικό δίκτυο (δηλαδή την έµµεσηάϋλη αξία σχετική µε την λειτουργία του αστικού συστήµατος). Οι συνιστώσες του αστικού ιστού είναι ο πληθυσµός, το φυσικό και δοµηµένο περιβάλλον, οι αστικές δραστηριότητες και υπηρεσίες (οικονοµικές, βιοµηχανικές, τουριστικές, κοινωνικές, πολιτιστικές κτλ), οι κρατικές δραστηριότητες, καθώς και η ταυτότητα, οι εξωτερικές σχέσεις και η ακτινοβολία της πόλης. Σηµαντικό βήµα αποτελεί ο προσδιορισµός των κατάλληλων κριτηρίων (λειτουργικών, κοινωνικών ή/ και πολεοδοµικών) για την εκτίµηση της ολικής αξίας του κάθε στοιχείου ανά δίκτυο κοινής ωφέλειας. Η επιλογή των κριτηρίων και της κλίµακας αξιών πραγµατοποιήθηκε σε συνεργασία µε τους αρµόδιους φορείς, έτσι ώστε να αντικατοπτρίζεται κατά το δυνατό πιο ολοκληρωµένα η σηµασία και ο ρόλος της κάθε συνιστώσας. Η ολική αξία ανά περίοδο προκύπτει από την άθροιση της σχετικής αξίας του κάθε επιµέρους δείκτη, ενώ στη συνέχεια καθορίζονται οι «πρωταρχικές», «σηµαντικές» και «δευτερεύουσες» συνιστώσες, καθώς και τα «αδύναµα» στοιχεία του κάθε συστήµατος, και η αποτύπωση αυτών σε αντίστοιχους θεµατικούς χάρτες. Στους χάρτες του Σχήµατος 10 φαίνεται η µεταβολή της σπουδαιότητας στις τρεις περιόδους για τα στοιχεία κατοικίας των οικοδοµικών τετράγωνων στο κέντρο της πόλης, µε βάση τους δείκτες πυκνότητας κατοίκων, πυκνότητας κατοικίας και ακτίνας επιρροής (σε σχέση µε την κοινωνική χρησιµότητα, στρατηγική ή ιστορική σηµασία). Ένα παράδειγµα των δεικτών που χρησιµοποιήθηκαν για την ταξινόµηση της σπουδαιότητας των αγωγών φυσικού αερίου της Θεσσαλονίκης δίνεται στον Πίνακα 2. Η ταξινόµηση βασίστηκε στην εργασία της Alexoudi et al (2004) µε τις ανάλογες τροποποιήσεις. Αντίστοιχες εφαρµογές της ανάλυσης ολικής αξίας έγιναν και για τα υπόλοιπα δίκτυα (π.χ. για το οδικό βλ. Αργυρούδης και συν., 2008, για το λιµάνι βλ. Κακδέρη και συν., 2008, για το δίκτυο ύδρευσης βλ. Alexoudi et al, 2005). Πίνακας 2. είκτες µέτρησης της ολικής αξίας και ιεράρχησης της σπουδαιότητας των αγωγών Αγωγοί φυσικού αερίου φυσικού αερίου. Περίοδος Συνιστώσες είκτες Περιγραφή Κανονική Κρίσης Λειτουργίες ικτύου Λειτουργίες ικτύου Λειτουργίες ικτύου Αστικές δραστηριότητες & αλληλεπιδράσεις Ακτίνα επιρροής Ακτινοβολία 1. Είδος δικτύου 2. Λειτουργία (παροχή) 3. Σύστηµα αυτοµάτου ελέγχου (SCADA) 4. Σύνδεση µε κρίσιµες υποδοµές/ κτίρια στρατηγικής σηµασίας 5. Επίπτωση στο ανθρωπογενές περιβάλλον 6. Ακτινοβολία συµµετοχή της συνιστώσας στην περίοδο που εξετάζεται Ανάλογα µε το είδος του δικτύου Με βάση τη διάµετρο του αγωγού Ύπαρξη συστήµατος αυτοµάτου ελέγχου (SCADA) Με βάση τη σηµαντικότητα του κτιρίου και το είδος της σύνδεσης Με βάση τον αριθµό των καταναλωτών που εξυπηρετούνται Σηµαντικότητα της περιοχής που εξυπηρετεί Αποκατάστασης - 14

15 - µη συµµετοχή της συνιστώσας στην περίοδο που εξετάζεται Σχήµα 10. Μεταβολή της σπουδαιότητας για τα στοιχεία κατοικίας των οικοδοµικών τετράγωνων στο κέντρο της πόλης. ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΙΑΚΙΝ ΥΝΕΥΣΗΣ Τα σχέδια για προ-σεισµική µείωση της διακινδύνευσης πρέπει να στηρίζονται σε κατάλληλα κριτήρια καθορισµού προτεραιοτήτων επέµβασης που να συνδυάζουν κατασκευαστικές 15

16 τεχνικές, εργαλεία οικονοµικής ανάλυσης και διαδικασίες λήψης αποφάσεων. Έτσι είναι δυνατό να επιτευχθεί η λήψη κατάλληλων µέτρων για την προσεισµική ενίσχυση του δοµηµένου περιβάλλοντος (κτιρίων, δικτύων κοινής ωφέλειας και υποδοµών), αλλά και την αποτελεσµατικότερη οργάνωση για την διαχείριση της κρίσης και την αποκατάσταση των βλαβών µετά το σεισµό. Η ιεράρχηση της σπουδαιότητας των υπό κίνδυνο στοιχείων, αποτελεί το κλειδί για τον καθορισµό στρατηγικών διαχείρισης της κρίσης, που θα περιλαµβάνει την προ-σεισµική ενίσχυση των κρίσιµων υποδοµών του αστικού περιβάλλοντος, και την κατάλληλη οργάνωση και δράση των δηµόσιων φορέων και των τοπικών αρχών µετά την εκδήλωση τους σεισµικού γεγονότος. Επιπλέον, ένα αποτελεσµατικό σχέδιο διαχείρισης πρέπει να οδηγεί σε ελαχιστοποίηση του απαιτούµενου χρόνου και κόστους αποκατάστασης. Η εκτίµηση του χρόνου αποκατάστασης ως συνάρτηση της επαναφοράς της λειτουργικότητας των στοιχείων γίνεται µε την χρήση κατάλληλων καµπυλών αποκατάστασης, που προσδιορίστηκαν για κάθε συνιστώσα των δικτύων κοινής ωφελείας, µεταφορικών δικτύων και κρίσιµων υποδοµών, σε συνεργασία µε τους φορείς διαχείρισης των δικτύων. Σε κάθε περίπτωση, ο τελικός χρόνος αποκατάστασης είναι συνάρτηση της οργάνωσης, της δυνατότητας και αµεσότητας λήψης αποφάσεων, του επιπέδου επιχειρησιακής ετοιµότητας και της υλικοτεχνικής υποδοµής της Πολιτείας, των αρµόδιων υπηρεσιών και των οργανισµών διαχείρισης των δικτύων. Για τα δίκτυα και τις κρίσιµες υποδοµές της Μητροπολιτικής περιοχής Θεσσαλονίκης προσδιορίστηκαν οι προτεραιότητες αποκατάστασης σχετικά µε το σχέδιο στρατηγικής για την διαχείριση των περιόδων κρίσης και αποκατάστασης. Σύµφωνα µε την προτεινόµενη µεθοδολογία οι βλάβες αποκαθίστανται ακολουθώντας συγκεκριµένη σειρά προτεραιότητας, καθώς µε αυτόν το τρόπο η διαχείριση γίνεται πιο αποτελεσµατική, αλλά και ανταποκρίνεται στις διαθέσιµες δυνατότητες και µέσα. Οι προτεραιότητες καθορίζονται συνεκτιµώντας τα αποτελέσµατα ανάλυσης της «ολικής αξίας», όπου ιεραρχήθηκε η σπουδαιότητα της κάθε συνιστώσας για τις τρεις περιόδους (κανονική, κρίση και αποκατάσταση), καθώς και τα αποτελέσµατα αποτίµησης της τρωτότητας, οπότε και προσδιορίστηκαν τα αναµενόµενα επίπεδα βλάβης για το κάθε σεισµικό σενάριο. Κατά την εφαρµογή χρησιµοποιήθηκαν κατάλληλες καµπύλες αποκατάστασης, ως συνάρτηση του επιπέδου λειτουργικότητας, για τα διάφορα επίπεδα βλαβών της υπό µελέτη συνιστώσας. Ο Πίνακας 3 απεικονίζει τον τρόπο καθορισµού των προτεραιοτήτων αποκατάστασης των αγωγών των δικτύων ύδρευσης και αποχέτευσης (Αλεξούδη, 2005). Για την εκτίµηση του αναµενόµενου ρυθµού αποκατάστασης των βλαβών των αγωγών του δικτύου ύδρευσης θεωρήθηκε ότι είναι διαθέσιµοι 50 εργάτες και όλα τα σχετικά υλικά και µηχανήµατα. Ακολουθώντας τις αντίστοιχες προτεραιότητες, η αποκατάσταση των αγωγών ύδρευσης για το σενάριο µε µέση περίοδο επαναφοράς 475 έτη ολοκληρώνεται σε 11 ηµέρες. Στο Σχήµα 11 απεικονίζεται η πορεία αποκατάστασης (λειτουργικότητα) των αγωγών ύδρευσης 7 ηµέρες από την έναρξη των εργασιών. Επίσης, στο Σχήµα 12 δίνεται το επίπεδο λειτουργικότητας των υποσταθµών ηλεκτρικής ενέργειας του λιµένα Θεσσαλονίκης, σε 2 µέρες µετά την εκδήλωση του σεισµικού γεγονότος. Η πλήρης αποκατάσταση ολοκληρώνεται σε διάστηµα 3 ηµερών σύµφωνα µε τις προτεινόµενες καµπύλες αποκατάστασης. 16

17 Πίνακας 3. Προτεραιότητες αποκατάστασης των αγωγών ύδρευσης και αποχέτευσης της Θεσσαλονίκης. Σπουδαιότητα Επίπεδο βλάβης Πρωταρχική Σηµαντική ευτερεύουσα Θραύση 1 η προτεραιότητα 1 η προτεραιότητα 2 η προτεραιότητα ιαρροή 2 η προτεραιότητα 3 η προτεραιότητα 4 η προτεραιότητα Σχήµα 11. Ενδεικτικό παράδειγµα της πορείας αποκατάστασης (λειτουργικότητα) των αγωγών ύδρευσης της Θεσσαλονίκης σε 7 µέρες µετά τον σεισµό (Tm=475 χρόνια). Σχήµα 12. Ενδεικτικό παράδειγµα του ποσοστού λειτουργικότητας των υποσταθµών ηλεκτρικής ενέργειας του Λιµένα Θεσσαλονίκης σε 2 µέρες µετά τον σεισµό (Tm=475 χρόνια). 17

18 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η αποτίµηση και διαχείριση της σεισµικής διακινδύνευσης δικτύων κοινής ωφέλειας και υποδοµών αποτελεί ένα πολυσύνθετο θέµα στο οποίο εµπλέκονται διαφορετικοί τοµείς (επιστηµονικοί, κοινωνικοί, οικονοµικοί). Πρόκειται για ένα µείζονος σηµασίας θέµα, ειδικά για τις περιοχές που χαρακτηρίζονται από υψηλή σεισµικότητα, αλλά και παρουσιάζουν υψηλή συγκέντρωση πληθυσµού και δραστηριοτήτων, όπως είναι αυτές των µεγάλων αστικών συγκροτηµάτων. Στην Ελλάδα η έρευνα στο συγκεκριµένο χώρο ήταν σε πρώιµο στάδιο. Το ερευνητικό έργο SRMLIFE που εκπονήθηκε πρόσφατα µε τη συµµετοχή πολλών φορέων υπό τον συντονισµό του Εργαστηρίου Εδαφοµηχανικής, Θεµελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισµικής Μηχανικής του ΑΠΘ, αποτελεί ένα πρώτο και ολοκληρωµένο βήµα για την κατάρτιση µιας ολοκληρωµένης και πολυεπίπεδης µεθοδολογίας για την επιτυχή και σύγχρονη αντιµετώπιση του προβλήµατος. Η εφαρµογή στην Μητροπολιτική Θεσσαλονίκη απέδειξε την αξιοπιστία και τις µεγάλες δυνατότητες της προτεινόµενης µεθοδολογίας. Στην παρούσα εργασία περιγράφηκαν πολύ συνοπτικά τα κυριότερα βήµατα της προτεινόµενης µεθοδολογίας. Συνίστανται στην απογραφή των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της κάθε συνιστώσας δικτύων και υποδοµών, στον καθορισµό της τυπολογίας τους, στην αποτίµηση της τρωτότητας και των αναµενόµενων βλαβών µε βάση κατάλληλες σχέσεις/µοντέλα, στην ανάπτυξη σεισµικών σεναρίων µέσω της ανάλυσης της σεισµικής επικινδυνότητας και της συνεκτίµησης της επιρροής των τοπικών συνθηκών στην σεισµική εδαφική απόκριση. Η ανάλυση και ιεράρχηση της σπουδαιότητας των εκτιθέµενων σε σεισµικό κίνδυνο στοιχείων (συνιστωσών όλων των δικτύων και υποδοµών) συµβάλει αποφασιστικά στον καθορισµό αποτελεσµατικών στρατηγικών αποκατάστασης και διαχείρισης της κρίσης, µε βάση ιεραρχηµένες και ορθολογικές αποφάσεις ως προς τις προτεραιότητες επέµβασης ή προσεισµικών ενισχύσεων. Οι αβεβαιότητες που υπεισέρχονται σε όλα τα βήµατα µιας τέτοιας προσέγγισης είναι πολλές, διακρίνονται σε αυτές που ενυπάρχουν στα φυσικά µέσα (aleatory) ανεξάρτητα από την ακρίβεια των µετρήσεων, όπως για παράδειγµα στις παραµέτρους των σεισµικών πηγών ή στην διασπορά της εδαφικής κίνησης και σε αυτές που οφείλονται στην ατελή επιστηµονική γνώση (epistemic), τις παραδοχές και απλοποιήσεις που γίνονται κατά την προσοµοίωση. Σε κάθε περίπτωση η αποτίµηση της σεισµικής διακινδύνευσης όπως περιγράφηκε, αποτελεί µια ολοκληρωµένη και επιστηµονικά σύγχρονη και υψηλού επιπέδου ανάλυση για τον εντοπισµό των πλέον αδύναµων σηµείων ή περιοχών εντός του αστικού ιστού και την διαµόρφωση πολιτικών και στρατηγικών αντιµετώπισης των αναµενόµενων αστοχιών και απωλειών. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Το ερευνητικό πρόγραµµα SRMLIFE («Ανάπτυξη ολοκληρωµένης µεθοδολογίας εκτίµησης της σεισµικής τρωτότητας δικτύων κοινής ωφέλειας, υποδοµών, κτιρίων στρατηγικής σηµασίας για τη διαχείριση του σεισµικού κινδύνου σε πολεοδοµικά συγκροτήµατα. Εφαρµογή στο πολεοδοµικό συγκρότηµα Θεσσαλονίκης». Κωδ.: Π19) χρηµατοδοτήθηκε από την Γενική Γραµµατεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ) στα πλαίσια του προγράµµατος ΕΠΑΝ. 18

19 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Alexoudi M., Anastasiadis A., Pitilakis K. (2007) Seismic Risk Assessment of the Water System of Thessaloniki, Proceeding of the 4 th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, Thessaloniki, Greece, June 25-28, Paper Number: Alexoudi M., Pitilakis K., Hatzigogos Th., Anastasiadis A. (2004) Prioritization policy for seismic risk reduction of gas pipelines combining ground motion, vulnerability and socioeconomic parameters. The case of Thessaloniki (Greece), Proceeding of the 11 th International Conference on Soil Dynamics & Earthquake Engineering & 3 rd International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, Berkeley, pp Alexoudi Μ.N., Hatzigogos Th.N., Pitilakis K.D. (2005) A holistic methodology for mitigation strategy of water system. The case of Thessaloniki (Greece), Proceedings of 1 st International Conference on Urban Disaster Reduction (1ICDR), January 18-20, Kobe, Japan. Anastasiadis A., Raptakis D., Pitilakis K., (2001), Thessaloniki s Detailed Microzoning: Subsurface Structure as basis for Site Response Analysis, Pure and Applied Geophysics PAGEOPH, 158(12), pp Apostolidis P., Raptakis D., Roumelioti Z. and Pitilakis K., (2004), Determination of S-wave velocity structure using microtremor and spac method applied in Thessaloniki (Greece), Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 24, pp EC8, (1998), Eurocode 8 - Design of structures for earthquake resistance - Part 5. Elgamal A., Yang Z., Parra E. and Ragheb A., (2001), CYCLIC 1D, UCSD. Honegger D.G. and Eguchi R.T. (1992), Determination of the Relative Vulnerabilities to Seismic Damage for Dan Diego Country Water Authority [SDCWA] Water Transmission Pipelines. Ishihara K. and Yoshimine M., (1992), Evaluation of settlements in sand deposits following liquefaction during earthquakes, Soils and Foundations, 32(1), pp Kappos A., Panagopoulos G., Panagiotopoulos Ch. and Penelis Gr., (2006), A hybrid method for the vulnerability assessment of R/C and URM buildings, Bulletin of Earthquake Engineering, 44, pp National Institute of Building Sciences (NIBS) (2004), Earthquake loss estimation methodology. HAZUS. Technical manuals, FEMA, Washington, D.C. O'Rourke M.J. and Ayala G. (1993), Pipeline damage due to wave propagation, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE. 119 (9), pp Penelis Gr.G., Kappos A.J., Stylianidis K.C. and Panagiotopoulos C., (2002), 2 nd level analysis and vulnerability assessment of URM buildings, International Conference Earthquake Loss Estimation and Risk Reduction, Bucharest, Romania. Pitilakis K, Alexoudi M, Kakderi K, D. Manou, E. Batum, D. Raptakis, (2005) Vulnerability analysis of water systems in strong earthquakes. The case of Lefkas (Greece) and Duzce (Turkey) in International Symposium on the Geodynamics of Eastern Mediterranean: Active Tectonics of the Aegean, June 15-18, Istanbul, Turkey. Pitilakis K. and Anastasiadis A., (1998), Soil and site characterization for seismic response analysis, Proceeding of the XI ECEE, Paris, Inv.Lectures, pp Pitilakis K., Alexoudi A., Argyroudis S., Monge O., Martin C., (2005), "Chapter 9: Vulnerability assessment of lifelines", C.S. Oliveira, A. Roca and X. Goula (eds). Assessing and Managing Earthquake Risk. Geo-Scientific and Engineering Knowledge for Earthquake Risk mitigation: Developments, Tools and Techniques, Springer Publications. Pitilakis K., Anastasiadis A., Raptakis D., (1992), Field and Laboratory Determination of Dynamic Properties of Natural Soil Deposits, Proceeding of the 10 th WCEE, Madrid, Vol. 5, pp Raptakis D.G., Anastasiadis A.J., Pitilakis K.D. and Lontzetidis K.S., (1994a), Shear wave velocities and damping of Greek natural soils, Proceeding of the 10 th ECEE Vienna, Austria, Vol.1, pp

20 Raptakis D.G., Karaolani E., Pitilakis K., Theodulidis N., (1994b), Horizontal to vertical spectral ratio and site effects: The case of a downhole array in Thessaloniki (Greece), Proceeding of XXIV General Assembly, ESC, Athens, Vol.III, pp Seed R.B. et al., (2003), Recent Advances in Soil Liquefaction Engineering: A Unified and Consistent Frame work, 26 th Annual ASCE Los Angeles Geotechnical Spring Seminar, Keynote Presenation, H.M.S. Queen Mary, Long Beach, California. SRM-LIFE, ( ), «Ανάπτυξη ολοκληρωµένης µεθοδολογίας εκτίµησης της σεισµικής τρωτότητας δικτύων κοινής ωφέλειας, υποδοµών, κτιρίων στρατηγικής σηµασίας για τη διαχείριση του σεισµικού κινδύνου σε πολεοδοµικά συγκροτήµατα. Εφαρµογή στο πολεοδοµικό συγκρότηµα Θεσσαλονίκης», Ερευνητικό Πρόγραµµα, Γενική Γραµµατεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ). Youd T.L. et al., (2001), Liquefaction Resistance of Soils: Summary Report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF Workshops on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 127(10), pp Αλεξούδη Μ. (2005), «Συµβολή στην ανάλυση της σεισµικής τρωτότητας δικτύων κοινής ωφέλειας σε αστικό περιβάλλον. Ανάπτυξη ολοκληρωµένης µεθοδολογίας διαχείρισης της σεισµικής διακινδύνευσης», ιδακτορική διατριβή, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης. Αναστασιάδης Α., (1994), «Συµβολή στον προσδιορισµό των δυναµικών χαρακτηριστικών τυπικών ελληνικών εδαφών», ιδακτορική ιατριβή, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης. Αναστασιάδης Α., Πιτιλάκης Κ., (2008), «Σεισµική απόκριση εδαφικών σχηµατισµών στη Θεσσαλονίκη», 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας, 5 7 Νοεµβρίου, Αθήνα, άρθρο Αργυρούδης Σ., Πιτιλάκης Κ. (2008). «Καµπύλες Τρωτότητας Σηράγγων Μικρού Βάθους», 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας, 5 7 Νοεµβρίου, Αθήνα, άρθρο Αργυρούδης Σ., Πιτιλάκης Κ., Χατζηγώγος Θ. (2008), «Αποτίµηση Σεισµικής Τρωτότητας Οδικού ικτύου Θεσσαλονίκης», 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας, 5 7 Νοεµβρίου, Αθήνα, άρθρο Κακδέρη Κ., Αργυρούδης Σ., Αλεξούδη Μ., Αναστασιάδης Α., Πιτιλάκης Κ., (2008), «Σενάρια Σεισµικής ιακινδύνευσης και Στρατηγικές ιαχείρισης της Κρίσης για τον Λιµένα Θεσσαλονίκης», 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας, 5 7 Νοεµβρίου, Αθήνα, άρθρο Ραπτάκης. (1995), «Συµβολή στον προσδιορισµό των δυναµικών ιδιοτήτων των εδαφικών σχηµατισµών και στη σεισµική απόκρισή τους», ιδακτορική ιατριβή, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης. Στυλιανίδης Κ., Παναγιωτόπουλος Χ., Αργυρούδης Σ., Κακδέρη Κ., Πιτιλάκης Κ. (2007), «Αποτίµηση Τρωτότητας του Συστήµατος Ιατρικής Περίθαλψης», Παραδοτέο Νο 24, Ερευνητικό πρόγραµµα SRM-LIFE, Γενική Γραµµατεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ), Θεσσαλονίκη. 20