Αποτίμηση Σεισμικής Διακινδύνευσης Οδικού Δικτύου Θεσσαλονίκης Seismic Risk Assessment of Thessaloniki s Roadway Network

Transcript

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 2008 Άρθρο 1959 Αποτίμηση Σεισμικής Διακινδύνευσης Οδικού Δικτύου Θεσσαλονίκης Seismic Risk Assessment of Thessaloniki s Roadway Network Σωτήριος ΑΡΓΥΡΟΥΔΗΣ 1, Κυριαζής ΠΙΤΙΛΑΚΗΣ 2, Θεόδωρος ΧΑΤΖΗΓΩΓΟΣ 3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Η εμπειρία από ισχυρούς σεισμούς δείχνει ότι το οδικό δίκτυο μπορεί να είναι ιδιαίτερα τρωτό, ενώ σε αστικές περιοχές, εκτός από τις ενδεχόμενες άμεσες βλάβες σε τεχνικά έργα, είναι δυνατόν να σημειωθούν αποκλεισμοί στις οδούς εξαιτίας καταρρεύσεων παρόδιων κτιρίων. Στην παρούσα εργασία περιγράφεται η μεθοδολογία αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης ενός οδικού δικτύου, που περιλαμβάνει τη μελέτη της σεισμικής επικινδυνότητας, τη δημιουργία βάσης δεδομένων με τα απαραίτητα στοιχεία του υπό εξέταση δικτύου, τον καθορισμό της τυπολογίας του, καθώς και την ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου μοντέλου εκτίμησης της σεισμικής τρωτότητας και της σπουδαιότητας των επιμέρους συνιστωσών. Ειδικά για την περίπτωση των δρόμων σε αστικό περιβάλλον προτείνεται ένα μοντέλο συσχέτισης ύψους κτιρίων, απόστασης από την οδό, πλάτους οδού και πιθανότητας κατάρρευσης κτιρίων, προκειμένου να εξεταστεί η επιρροή των καταρρεύσεων κτιρίων στην λειτουργία της οδού. Επίσης, περιγράφεται ένα σύστημα ιεράρχησης της σπουδαιότητας των οδών με βάση κατάλληλους δείκτες αξιολόγησης, ώστε να προσδιορισθεί η συνολική διακινδύνευση. Η μεθοδολογία εφαρμόζεται σε τμήμα του οδικού δικτύου του Πολεοδομικού Συγκροτήματος (Π.Σ.) Θεσσαλονίκης χρησιμοποιώντας αποτελέσματα της μικροζωνικής μελέτης της πόλης. ABSTRACT : The experience from past earthquakes reveals that the roadway networks could be quite vulnerable. Except the direct damages in roadway components, the potential for road blockades due to collapsed buildings in urban areas, is an important issue. In the present paper a methodology for the seismic risk assessment of a road network is described, including the seismic hazard study, the definition of inventory and typology features and the development of an integrated model for the vulnerability and importance assessment of the individual components. A model that relates the building and road geometry and the collapse probabilities, with the road closure probabilities is described. In addition, a system for the classification of importance of roadlines, which is based on appropriate criteria is proposed, in order to assess the global risk of the network. The methodology is applied in Thessaloniki urban area, using data from the microzonation study of the city. 1 Πολιτικός Μηχανικός, Τμήμα Πολ. Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, sarg@civil.auth.gr 2 Καθηγητής, Τμήμα Πολ. Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, kpitilak@civil.auth.gr 3 Καθηγητής, Τμήμα Πολ. Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, thechatz@civil.auth.gr

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα συγκοινωνιακά δίκτυα είναι ζωτικής σημασίας για την ομαλή λειτουργία μιας σύγχρονης κοινωνίας, ενώ σε περίπτωση κρίσης όπως αυτή ενός ισχυρού σεισμού, διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο για την διαφυγή του κοινού, τις δράσεις επέμβασης και διάσωσης, την μεταφορά βοήθειας και την αποκατάσταση των πληγέντων περιοχών. Η εμπειρία των τελευταίων μεγάλων σεισμών σε όλο τον κόσμο (Loma Prieta 1989, Northridge 1994, Kobe 1995, Kocaeli 1999 και άλλοι), καταδεικνύει ότι τα οδικά δίκτυα παρουσιάζουν υψηλή τρωτότητα. Οι βλάβες έχουν τόσο βραχυπρόθεσμες όσο και μακροπρόθεσμες επιπτώσεις. Οι σημαντικότερες συνιστώσες του οδικού δικτύου είναι οι δρόμοι, οι γέφυρες και οι σήραγγες. Η αποτίμηση λοιπόν της τρωτότητας των επιμέρους συνιστωσών και κατ επέκταση της συνολικής διακινδύνευσης του δικτύου, είναι επιτακτική ανάγκη ιδιαίτερα σε περιοχές με υψηλή σεισμικότητα, αλλά και πυκνή δόμηση και κατοίκηση, όπως συμβαίνει στα κέντρα των μεγάλων ελληνικών πόλεων. Μέχρι πρόσφατα η αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης, τόσο του οδικού δικτύου, όσο και των υπολοίπων δικτύων κοινής ωφέλειας δεν αποτελούσε πρώτη προτεραιότητα για την διαχείριση του σεισμικού κινδύνου σε αστικές περιοχές. Οι κύριοι λόγοι ήταν η πολυπλοκότητα των δικτύων, η μεγάλη τους έκταση, η ποικιλία συνιστωσών, η έλλειψη στοιχείων από πραγματικές σεισμικές βλάβες, οι αβεβαιότητες στην εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας και τρωτότητας, καθώς και η απουσία κατάλληλων εργαλείων και μεθόδων για την πραγματοποίηση σχετικών μελετών. Τα τελευταία χρόνια, έχουν αναπτυχθεί διεθνώς, μέθοδοι αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης δικτύων κοινής ωφέλειας (Pitilakis et al, 2005), που στοχεύουν στην κατά το δυνατό πιο ρεαλιστική εκτίμηση των πιθανών βλαβών για κάποιο δεδομένο σεισμικό σενάριο. Οι προτεινόμενες μέθοδοι και εργαλεία είναι κατά βάση προϊόντα πολυεπίπεδων ερευνητικών προγραμμάτων, με τη συμμετοχή πανεπιστημίων, ερευνητικών κέντρων, ιδιωτικών εταιρειών, φορέων διαχείρισης δικτύων και κρατικών οργανισμών. Στοχεύουν στην υποστήριξη της λήψης κατάλληλων προσεισμικών μέτρων μετριασμού των απωλειών, καθώς και του σχεδιασμού της διαχείρισης της κρίσης και αποκατάστασης των ζημιών μετά το σεισμό. Ενδεικτικά αναφέρονται για τις ΗΠΑ, το ΗΑΖUS (NIBS, 2004), PEER Lifelines Program (Kiremidjian et al, 2006), MCEER Highway Project Research (Werner et al., 2000), American Lifelines Alliance, και για την Ελλάδα το SRMLIFE (Πιτιλάκης και συν., 2008). Οι βλάβες οδικών δικτύων λόγω σεισμού μπορεί να κατηγοριοποιηθούν ως εξής: (α) Άμεσες, βλάβες σε γέφυρες και άλλα τεχνικά έργα, μόνιμες οριζόντιες και κατακόρυφες μετακινήσεις λόγω ρήγματος, κατολισθήσεων, ρευστοποίησης του υποκείμενου εδάφους, ή αστοχίας επιχωμάτων. (β) Έμμεσες, βλάβες εξαιτίας μερικής ή ολικής κατάρρευσης παρόδιων κτιρίων (Σχήμα 1), κατολισθήσεων πρανών, αστοχίας υποκείμενων αγωγών ή εκδήλωσης πυρκαγιών. (γ) Δευτερογενείς επιπτώσεις στην λειτουργία του δικτύου λόγω αύξησης της κυκλοφορίας για την διαφυγή του κοινού, δυσλειτουργίας του συστήματος σηματοδότησης, λήψης μέτρων προστασίας έναντι κινδύνου κατάρρευσης κτιρίων ή εκτέλεσης εργασιών αποκατάστασης σε συνιστώσες δικτύων. 2

3 Στην παρούσα εργασία περιγράφεται το γενικότερο πλαίσιο της μεθοδολογίας αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης ενός οδικού δικτύου, ενώ ειδικά για την περίπτωση των δρόμων σε αστικό περιβάλλον εξετάζεται η επιρροή των ενδεχόμενων καταρρεύσεων παρόδιων κτιρίων στην λειτουργία της οδού. Επιπλέον περιγράφεται ένα σύστημα ιεράρχησης της σπουδαιότητας, το οποίο στηρίζεται σε δείκτες αξιολόγησης συγκοινωνιακών, πολεοδομικών και άλλων συνιστωσών οι οποίες διαμορφώνουν την ολική αξία της κάθε οδού. Η μεθοδολογία εφαρμόζεται σε τμήμα του οδικού δικτύου του Π.Σ. Θεσσαλονίκης χρησιμοποιώντας στοιχεία της μικροζωνικής μελέτης της πόλης (Πιτιλάκης και συν., 2008) και εκτιμήσεων των αναμενόμενων ζημιών στα κτίρια. Σχήμα 1. Αποκλεισμός οδού λόγω κατάρρευσης 5οροφης οικοδομής, σεισμός Πάρνηθας ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΚΙΝΔΥΝΕΥΣΗΣ ΟΔΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ Γενικά Η μελέτη της σεισμικής διακινδύνευσης οδικών δικτύων αποτέλεσε αντικείμενο πολλών μελετών κατά τα τελευταία χρόνια, ωστόσο αρκετά ζητήματα χρίζουν περαιτέρω διερεύνησης. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες στοχεύουν καταρχήν στην εκτίμηση των αναμενόμενων άμεσων βλαβών των βασικών συνιστωσών (γέφυρες, δρόμοι). Σε ορισμένες περιπτώσεις γίνεται αποτίμηση του επιπέδου λειτουργικότητας του δικτύου αμέσως μετά το σεισμικό συμβάν, συναρτήσει της εκτιμώμενης προόδου αποκατάστασης των βλαβών, ενώ σε άλλες υπολογίζονται οι αντίστοιχες συνολικές οικονομικές απώλειες. Πιο σπάνια εξετάζονται οι έμμεσες βλάβες, όπως η επιρροή της κατάρρευσης παρόδιων κτιρίων στην λειτουργία της οδού. Παρακάτω δίνεται μια συνοπτική περιγραφή μεθοδολογιών αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης οδικών δικτύων. Η μεθοδολογία του HAZUS (NIBS, 2004), παρέχει ένα σύγχρονο εργαλείο για την εκτίμηση των άμεσων απωλειών έναντι σεισμού και άλλων φυσικών καταστροφών, που στηρίζεται σε καμπύλες τρωτότητας για γέφυρες, σήραγγες και δρόμους. Οι Basoz & Kiremidjian (1996), ανέπτυξαν μια μεθοδολογία με σκοπό την υποστήριξη του σχεδιασμού δράσεων πριν και μετά το σεισμό, που στηρίζεται στον προσδιορισμό της τρωτότητας και σπουδαιότητας των γεφυρών, καθώς και της λειτουργικότητας του δικτύου. Οι Werner et al. (2000) προτείνουν μια πολυεπίπεδη προσέγγιση που περιλαμβάνει μοντέλα ανάλυσης δικτύου, σεισμικής επικινδυνότητας, σεισμικής τρωτότητας των επιμέρους συνιστωσών και υπολογισμού των 3

4 άμεσων και έμμεσων οικονομικών και λειτουργικών απωλειών, ενώ έχει ενσωματωθεί και σε αντίστοιχο λογισμικό περιβάλλοντος GIS (Werner, 2003). Παρόμοια μεθοδολογία αναπτύχθηκε επίσης από τους Kiremidjian et al. (2006), η οποία εφαρμόστηκε για συγκεκριμένα σεισμικά σενάρια στην περιοχή του San Francisco. Στην προτεινόμενη από τους Shinozuka et al. (2003) μέθοδο αποτίμησης της συμπεριφοράς του οδικού δικτύου, η εκτίμηση των επιπέδων βλάβης των γεφυρών γίνεται με τη προσέγγιση Monte Carlo, με βάση καμπύλες τρωτότητας που αναπτύχθηκαν από εμπειρικά δεδομένα των σεισμών του Northridge και Kobe. Τέλος, οι Cho et al. (2001) περιγράφουν ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο εκτίμησης των άμεσων και έμμεσων απωλειών στην οικονομία μιας περιοχής εξαιτίας των σεισμικών βλαβών στις γέφυρες του δικτύου μεταφορών και στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Η έλλειψη δεδομένων για τη θέση και τα χαρακτηριστικά των αποκλεισμών δρόμων λόγω κατάρρευσης κτιρίων σε προηγούμενους σεισμούς, καθώς και η χαοτική και πολυπαραμετρική φύση του προβλήματος, καθιστούν ιδιαίτερα δύσκολη την ανάπτυξη επαρκώς τεκμηριωμένων εμπειρικών μεθόδων ή την αναλυτική προσομοίωση, με αποτέλεσμα τον μέχρι τώρα περιορισμένο αριθμό εργασιών στο συγκεκριμένο θέμα. Οι Perkins et al. (1997) περιγράφουν μια απλουστευμένη προσέγγιση για την εκτίμηση του αναμενόμενου αριθμού κλεισιμάτων ενός αστικού οδικού δικτύου που βασίζεται σε εμπειρικά δεδομένα από τις ΗΠΑ. Ο Goretti (2005) πρότεινε μια μεθοδολογία για την ανάλυση της σεισμικής συμπεριφοράς του οδικού δικτύου που εφαρμόζεται σε αστικές περιοχές της Ν. Ιταλίας, συνδυάζοντας τις πιθανότητας κατάρρευσης κτιρίων και αποκλεισμού των δρόμων, ενώ για τον προσδιορισμό της συνδετικότητας του δικτύου γίνεται προσομοίωση Monte Carlo. Τέλος, οι Anastassiadis & Argyroudis (2007) εξετάζουν την αλληλεπίδραση δομημένου περιβάλλοντος και οδικού δικτύου, παρουσιάζοντας ένα πλαίσιο ανάλυσης της σεισμικής τρωτότητας σε αστικά συστήματα. Επιμέρους Βήματα της Προτεινόμενης Προσέγγισης Η προτεινόμενη μεθοδολογία για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης ενός οδικού δικτύου φαίνεται στο σχήμα 2. ΑΠΟΓΡΑΦΗ ΔΙΚΤΥΟΥ Βάση Δεδομένων GIS ΤΥΠΟΛΟΓΙΑ Γεφυρών, Δρόμων, Σηράγγων ΤΡΩΤΟΤΗΤΑ - Καμπύλες τρωτότητας - Δείκτες/ σχέσεις τρωτότητας ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑ Σεισμικά Σενάρια ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΕΔΑΦΩΝ - Τοπικές εδαφικές συνθήκες - Παράμετροι σεισμικής κίνησης (π.χ. PGA, Sa) - Δευτερογενώς προκαλόυμενα φαινόμενα (ρευστοποίηση, κατολισθήσεις) ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΚΑΙ ΕΝΤΑΣΗ ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΩΝ ΒΛΑΒΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ ΔΙΚΤΥΟΥ Επίπεδο εξυπηρετικότητας/ συνδετικότητας ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΚΙΝΔΥΝΕΥΣΗΣ ΣΠΟΥΔΑΙΟΤΗΤΑ Κριτήρια και σύστημα ιεράρχησης συνιστωσών του δικτύου Σχήμα 2. Μεθοδολογία αποτίμησης σεισμικής διακινδύνευσης οδικού δικτύου 4

5 Ο προσδιορισμός των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών (τεχνικών, γεωμετρικών, λειτουργικών κ.τ.λ) των συνιστωσών του δικτύου βάσει ενός ενιαίου καταλόγου απογραφής και η δημιουργία μιας ολοκληρωμένης βάσης δεδομένων, είναι μείζονος σημασίας για την τυπολογική κατηγοριοποίηση, την μελέτη της δομικής τρωτότητας και τον προσδιορισμό της σπουδαιότητας των εκτιθέμενων σε σεισμικό κίνδυνο στοιχείων. Ωστόσο, τις περισσότερες φορές δεν υπάρχει στις αρμόδιες υπηρεσίες οργανωμένο αρχείο μελετών, ιδιαίτερα για την περίπτωση των γεφυρών, οπότε η συγκέντρωση όλων των απαιτούμενων στοιχείων καθίσταται δυσχερής. Η τυπολογική κατηγοριοποίηση στηρίζεται στην ταξινόμηση των κρίσιμων χαρακτηριστικών ως προς την σεισμική συμπεριφορά των συνιστωσών. Η κατηγοριοποίηση αυτή απαιτείται για την εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας και διαφοροποιείται ανάλογα με την χρησιμοποιούμενη μέθοδο. Η ανάλυση της σεισμικής επικινδυνότητας προκύπτει με βάση το σεισμοτεκτονικό περιβάλλον και την σεισμικότητα της υπό μελέτη περιοχής. Η χωρική κατανομή της εισαγόμενης σεισμικής κίνησης θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη την επιρροή των τοπικών γεωλογικών και εδαφικών συνθηκών και της τοπογραφίας, ακόμη και την επιρροή «κοιλάδας». Σημαντικός παράγοντας στην αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας για το σύνολο ενός οδικού δικτύου και ιδιαίτερα για τους δρόμους, είναι η αστοχία του εδάφους εξαιτίας μονίμων εδαφικών παραμορφώσεων που προκαλούνται λόγω ρευστοποίησης ή κατολισθήσεων. Η εδαφική ταλάντωση και η πιθανή αστοχία περιγράφεται από κατάλληλες παραμέτρους για την αποτίμηση της τρωτότητας των επιμέρους συνιστωσών, όπως η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση ή η φασματική τιμή της επιτάχυνσης σε μια συγκεκριμένη περίοδο (π.χ. 1,0sec) για τις γέφυρες, η μόνιμη εδαφική μετακίνηση για τους δρόμους, και η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση, ή ταχύτητα για τις σήραγγες. Τέλος, λόγω της ύπαρξης κατασκευών υψηλής σπουδαιότητας (π.χ. γέφυρες), αλλά και για μια πιο ολοκληρωμένη διαχείριση του σεισμικού κινδύνου, η ανάλυση της σεισμικής επικινδυνότητας θα πρέπει να πραγματοποιείται για σεισμικά σενάρια με διαφορετική μέση περίοδο επαναφοράς (π.χ. 100, 475, 1000 χρόνια). Μια τέτοια προσέγγιση μπορεί να επιτευχθεί μέσω μιας λεπτομερούς μικροζωνικής μελέτης, όπου αναλύεται η απόκριση του εδάφους λαμβάνοντας υπόψη την επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών. Η αποτίμηση της τρωτότητας συνίσταται στην ποσοτικοποίηση του ενδεχόμενου βαθμού βλάβης ως συνάρτηση του επιπέδου της σεισμικής έντασης και βασίζεται σε καμπύλες ή δείκτες τρωτότητας που προκύπτουν με εμπειρικές, αναλυτικές, υβριδικές ή βασισμένες στην έμπειρη κρίση μεθόδους. Οι καμπύλες περιγράφουν την πιθανότητα, το υπό εξέταση στοιχείο να βρίσκεται ή να έχει υπερβεί ένα δεδομένο επίπεδο βλάβης υπό συγκεκριμένη σεισμική διέγερση. Συνήθως εκφράζονται ως λογαριθμοκανονικές συναρτήσεις σωρευτικής κατανομής δύο παραμέτρων (μέση τιμή και διασπορά). Στην περίπτωση των δεικτών τρωτότητας η αποτίμηση πραγματοποιείται βαθμολογώντας κατάλληλα τα κύρια χαρακτηριστικά που επηρεάζουν τη σεισμική συμπεριφορά της κατασκευής. Μια αξιολόγηση και εφαρμογή τέτοιων μεθόδων για τις γέφυρες περιοχής Θεσσαλονίκης γίνεται από τους Αργυρούδης και συν. (2006α,β), ενώ αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας για σήραγγες σε αλουβιακές αποθέσεις προτείνονται από τους Αργυρούδης και συν. (2006γ, 2008). Αναφορικά με την τρωτότητα των οδών έναντι κατάρρευσης παρόδιων κτιρίων, προτείνεται από τους Argyroudis et al. (2005) και Anastassiadis and Argyroudis (2007), μια απλοποιημένη αναλυτική προσέγγιση κατά την οποία προσδιορίζεται το πλάτος κατάρρευσης ως 5

6 συνάρτηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών του αρχικού και του καταρρεύσαντος κτιρίου. Παρακάτω περιγράφεται η προτεινόμενη αποτίμηση του επιπέδου λειτουργίας της οδού, όπως προκύπτει από τον συνδυασμό της πιθανοτικής κατανομής του πλάτους κατάρρευσης και των αντίστοιχων πιθανοτήτων κατάρρευσης κτιρίων. Τελικά, η χωρική και ποσοτική κατανομή των αναμενόμενων βλαβών για κάθε συνιστώσα του δικτύου προκύπτει από την εφαρμογή των σχέσεων και μοντέλων τρωτότητας για ένα συγκεκριμένο σεισμικό σενάριο. Η συνολική διακινδύνευση καθορίζεται εκτός από τον βαθμό τρωτότητας και από την σπουδαιότητα του εκτιθέμενου στοιχείου. Το προτεινόμενο σύστημα ιεράρχησης της σπουδαιότητας βασίζεται σε ένα σύνολο κριτηρίων που συνθέτουν την ολική αξία του κάθε στοιχείου που εκτίθεται σε σεισμικό κίνδυνο, περιγράφοντας την χρησιμότητα και τον σχετικό ρόλο του στο αστικό περιβάλλον, σε περιόδους κανονικής λειτουργίας, κρίσης και αποκατάστασης. Για την περίπτωση του οδικού δικτύου τέτοια κριτήρια είναι η λειτουργική ιεράρχηση της οδού, η κυκλοφοριακή ικανότητα, η πρόσβαση σε κρίσιμες χρήσεις, η χρήση σε κατάσταση επείγουσας ανάγκης και ο βαθμός της αστικής σπουδαιότητας των παρόδιων χρήσεων βάσει πολεοδομικών δεικτών. Αντίστοιχοι δείκτες χρησιμοποιούνται και για τις υπόλοιπες συνιστώσες. Η ιεράρχηση της σπουδαιότητας επιτυγχάνεται μέσω της βαθμονόμησης της κάθε οδού βάσει των παραμέτρων περιγραφής των προτεινόμενων δεικτών αξιολόγησης, όπως περιγράφεται παρακάτω κατά την εφαρμογή στο οδικό δίκτυο Θεσσαλονίκης. Πίνακας 1. Δείκτες αξιολόγησης σπουδαιότητας οδών Δρόμοι σε αστικές περιοχές Συνιστώσες Δείκτες Περιγραφή Λειτουργίες Δικτύου Λειτουργίες Δικτύου Αστικές δραστηριότητες και αλληλεπιδράσει ς Αστικές δραστηριότητες και αλληλεπιδράσει ς Αστικές δραστηριότητες και αλληλεπιδράσει ς 1. Λειτουργική Ιεράρχηση 2. Κυκλοφοριακή Ικανότητα 3. Πρόσβαση σε κρίσιμες χρήσεις. 4. Χρήση σε κατάσταση επείγουσας ανάγκης 5. Πολεοδομικοί δείκτες Κανονικ ή Περίοδος Κρίσης Αποκατά στασης Κατηγορίες λειτουργικής ιεράρχησης Ενεργό πλάτος της οδού. Γειτνίαση με κρίσιμες χρήσεις (π.χ. νοσοκομεία, χώροι συγκέντρωσης κοινού, τερματικοί σταθμοί, κτίρια διαχείρισης κρίσης κτλ) Σπουδαιότητα οδού σε κατάσταση επείγουσας ανάγκης. Σπουδαιότητα των παρόδιων οικοδομικών τετραγώνων όπως προκύπτει από τους πολεοδομικούς δείκτες ανά περίοδο λειτουργίας. συμμετοχή της συνιστώσας στην περίοδο που εξετάζεται - μη συμμετοχή της συνιστώσας στην περίοδο που εξετάζεται 1 σεισμικό σενάριο κατά τις μη εργάσιμες ώρες 2 σεισμικό σενάριο κατά τις ώρες εργασίας πυκνότητα κατοίκων πυκνότητα λειτουργιών οικιστική πυκνότητα

7 Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων αποτίμησης της τρωτότητας και σπουδαιότητας οδηγεί στον προσδιορισμό των στοιχείων ή περιοχών του δικτύου που παρουσιάζουν την υψηλότερη διακινδύνευση. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται αποτελεσματική διαχείριση του σεισμικού κινδύνου, τόσο πριν όσο και αμέσως μετά το σεισμικό συμβάν, με την λήψη κατάλληλων μέτρων ενίσχυσης των πλέον τρωτών στοιχείων, ή τον καθορισμό των δράσεων αποκατάστασης σεισμικών βλαβών. Προτεινόμενη Μέθοδος Αποτίμησης Τρωτότητας Δρόμων Έναντι Κατάρρευσης Κτιρίων Ο αποκλεισμός μιας οδού εξαιτίας καταρρεύσεων εξαρτάται τόσο από τα χαρακτηριστικά της οδού όσο και των παρά την οδό κτιρίων. Ο προσδιορισμός του πλάτους των συντριμμιών που θα προκαλέσουν τον μερικό ή ολικό αποκλεισμό της οδού, εξαρτάται από τον δομικό τύπο του κτιρίου (υλικό, τύπος κατασκευής), την γεωμετρία του κτιρίου (κυρίως το ύψος) και το σύστημα δόμησης (συνεχές σύστημα, πανταχόθεν ελεύθερο). Λόγω της πολυπλοκότητας του προβλήματος, της χωρικής μεταβλητότητας και αβεβαιότητας των εμπλεκομένων παραμέτρων, και με δεδομένη την έλλειψη στοιχείων από προηγούμενους σεισμούς, προτείνεται μια απλουστευμένη σχέση μεταξύ του αρχικού ύψους κτιρίου (αριθμός ορόφων) και του πλάτους που καταλαμβάνουν τα χαλάσματα μετά την κατάρρευση. Θεωρείται μορφή κατάρρευσης προς την μια πλευρά, σαν αυτή του σχήματος 3. Αποτελεί την δυσμενέστερη περίπτωση για συνεχές σύστημα δόμησης, το οποίο είναι και το κυρίαρχο στις κεντρικές περιοχές των ελληνικών πόλεων. Επιπλέον, η εμπειρία, αλλά και η οπτική εξέταση φωτογραφιών από προηγούμενους σεισμούς της Ελλάδας, δείχνουν ότι τέτοια σχήματα κατάρρευσης είναι αντιπροσωπευτικά για ένα μεγάλο εύρος κτιρίων. Για τον υπολογισμό της σχέσης μεταξύ του αρχικού ύψους κτιρίου (Η) και του πλάτους των χαλασμάτων (Wd) που εκτείνονται πέραν του αρχικού πλάτους του κτιρίου (W), θεωρείται ότι ο όγκος του καταρρεύσαντος κτιρίου (V K ) είναι ένα κλάσμα του αρχικού όγκου (V O ). Με βάση αυτή την υπόθεση υπολογίζεται το πλάτος W d ως συνάρτηση του αρχικού πλάτους W, της γωνίας φ και του ποσοστού k v (=V K /V O ) (σχήμα 3). Η ανάλυση ευαισθησίας της συγκεκριμένης σχέσης δείχνει ότι οι παράμετροι φ και k v έχουν την μεγαλύτερη επιρροή στην διαμόρφωση του πλάτους W d. Στο τελικό μοντέλο κατάρρευσης, θεωρείται ως αντιπροσωπευτική τιμή ίση με 15m για το W, ενώ οι παράμετροι φ και k v λαμβάνουν μέση τιμή ίση με 45 ο και 50% αντίστοιχα, ενώ ο συντελεστής μεταβλητότητας είναι 30%. Η αναμενόμενη μέση τιμή και η τυπική απόκλιση του πλάτους W d για κάθε ύψος κτιρίου (Η) προσδιορίζονται σύμφωνα με την μέθοδο σημειακής εκτίμησης (Harr, 1987) για συνάρτηση δύο μεταβλητών (φ, k v ). Η πιθανότητα υπέρβασης ενός δεδομένου πλάτους κατάρρευσης W d, το οποίο αποτελεί την τιμή κατωφλίου σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο λειτουργίας της κάθε οδού, προσδιορίζεται υποθέτοντας ότι το W d ακολουθεί κανονική κατανομή. Μέσω της παραπάνω πιθανοτικής θεώρησης λαμβάνονται υπόψη οι αβεβαιότητες στην μεταβολή του πλάτους W d. 7

8 W L Wd H H h Wd φ W Wbr Wcl Wt Wfr W d = W 2 2 kv W H + W εφφ kv=v K /V O V K =όγκος καταρρεύσαντος κτιρίου V Ο =αρχικός όγκος κτιρίου Wt= συνολικό πλάτος οδού Weff= ενεργό πλάτος οδού Wbr= απόσταση μεταξύ όψης κτιρίου και οδού Wd= πλάτος κατάρρευσης Wcl= πλάτος κλεισίματος οδού Wfr= ελεύθερο πλάτος οδού H= ύψος κτιρίου W= πλάτος κτιρίου Σχήμα 3. Μοντέλο προσδιορισμού του πλάτους κατάρρευσης (Wd) κτιρίων και ελεύθερου πλάτους οδού (Wfr) Weff Όπως περιγράφεται στο διάγραμμα του σχήματος 4, για την αποτίμηση της τρωτότητας μιας οδού έναντι κατάρρευσης κτιρίων υπό δεδομένη σεισμική ένταση (Ι), υπολογίζεται εκτός από την πιθανότητα υπέρβασης ενός συγκεκριμένου επιπέδου λειτουργίας (ΕΛi) της οδού για δεδομένο ύψος κτιρίου (Υ), P( EΛi Y), και η πιθανότητα κατάρρευσης (K) των κτιρίων κατηγορίας ύψους (Υ), Ρ(Κ Υ Ι), με βάση κατάλληλες καμπύλες τρωτότητας. Τα στοιχεία απογραφής των κτιρίων είναι συνήθως διαθέσιμα ανά οικοδομικό τετράγωνο (j), οπότε η εκτίμηση της πιθανότητας κατάρρευσης αναφέρεται στο κάθε οικοδομικό τετράγωνο, Ρ j (Κ Υ Ι). Οι πιθανότητες κατάρρευσης των κτιρίων ανάγονται στις πλευρές του κάθε οικοδομικού τετραγώνου που έχουν πρόσοψη προς την εξεταζόμενη οδό, με βάση το μήκος των πλευρών, θεωρώντας ότι υπάρχει η ίδια πιθανότητα εμφάνισης του κάθε κτιρίου στην κάθε πλευρά του τετραγώνου. Η συνολική αποτίμηση ενός τμήματος οδού (μεταξύ δύο κόμβων), προκύπτει λαμβάνοντας υπόψη τις πιθανότητες που αντιστοιχούν στις εκατέρωθεν της οδού πλευρές των οικοδομικών τετραγώνων Ρ j (Κ Υ Ι) και P( EΛi Y), για κάθε κατηγορίας ύψους κτιρίων. Παρακάτω περιγράφεται η εφαρμογή της διαδικασίας για τμήμα του οδικού δικτύου της Θεσσαλονίκης. 8

9 Κτίρια Τυπολογία και κατανομή κτιρίων ανά οικοδομικό τετράγωνο κατά μήκος της οδού ανά κατηγορία ύψους Υ (Υ= Χ, Μ, Ψ) Καμπύλες τρωτότητας κτιρίων για κάθε τυπολογική κατηγορία Σεισμικό Σενάριο Χωρική κατανομή των παραμέτρων της σεισμικής κίνησης Οδικό δίκτυο Διαμόρφωση δικτύου, τυπολογία και γεωμετρία οδών Αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας κτιρίων Πιθανότητα κατάρρευσης (Κ) για κάθε κατηγορία ύψους Y υπό σεισμική ένταση Ι ανά οικοδομικό τετράγωνο j, Ρj(Κ Υ Ι) Προσδιορισμός των επιπέδων λειτουργίας (EΛi) της οδού r ως συνάρτηση του ελεύθερου κατάρρευσης πλάτους κυκλοφορίας Μοντέλο κατάρρευσης κτιρίων. Πιθανοτική κατανομή του πλάτους κατάρρευσης ως συνάρτηση του ύψους κτιρίου Υ Υπολογισμός της πιθανότητας υπέρβασης του επιπέδου λειτουργίας (EΛi) της οδού r για κάθε κατηγορία ύψους Y, Pr( EΛi Y) Υπολογισμός της πιθανότητας τουλάχιστον μιας ολικής κατάρρευσης για κάθε κατηγορία ύψους Y υπό σεισμική ένταση Ι κατά μήκος της οδού r, Ρr(Κ Υ Ι) Προσδιορισμός της συνολικής πιθανότητας υπέρβασης του επιπέδου λειτουργίας (EΛi) της οδού r για κάθε κατηγορία ύψους Υ λόγω κατάρρευσης κτιρίων υπό σεισμική ένταση Ι, Pr( EΛi Y I)= Ρr(Κ Υ Ι) Pr( EΛi Y) Προσδιορισμός της συνολικής πιθανότητας υπέρβασης του επιπέδου λειτουργίας(eλi) της οδού r υπό σεισμική ένταση Ι, Pr( EΛi I)= ΣPr( EΛi Y I) Σχήμα 4. Διαδικασία αποτίμησης της σεισμικής τρωτότητας οδών έναντι κατάρρευσης κτιρίων ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΟ ΟΔΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ ΤΟΥ Π.Σ. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Οδικό Δίκτυο Θεσσαλονίκης Η αποτίμηση της τρωτότητας δρόμων λόγω καταρρεύσεων παρόδιων κτιρίων γίνεται σε περιβάλλον GIS για τμήμα του οδικού δικτύου του Π.Σ Θεσσαλονίκης οι οποίοι αξιολογήθηκαν ως μεγάλης σπουδαιότητας σε κατάσταση επείγουσας ανάγκης, με συνολικό μήκος περί τα 250km. Η επιλογή αυτή έγινε αφενός λόγω της έλλειψης επαρκών δεδομένων τυπολογίας και τρωτότητας για το σύνολο του κτιριακού δυναμικού του Π.Σ και επιπλέον λόγω της κρισιμότητας των συγκεκριμένων οδών σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, μετά από ένα ισχυρό σεισμό, για την διαφυγή του κοινού και την κίνηση των οχημάτων διάσωσης (πυροσβεστικών, ασθενοφόρων κτλ). Τονίζεται ότι το μεγαλύτερο ποσοστό (~90%) του υπό μελέτη δικτύου έχει μηδενική τρωτότητα ως προς τις καταρρεύσεις κτιρίων, καθώς πρόκειται για ελεύθερες λεωφόρους ή κύριες αρτηρίες (π.χ. περιφερειακή οδός, δυτική είσοδος, έξοδοι προς Ε.Ο κτλ), οι οποίες διατρέχουν αδόμητες περιοχές ή βρίσκονται σε απόσταση ασφαλείας από κτίρια. 9

10 Αρχικά το δίκτυο διαμορφώνεται σε τμήματα μεταξύ κόμβων οι οποίοι επιλέγονται έτσι ώστε να αποτελούν κρίσιμες διασταυρώσεις ως προς τον κυκλοφοριακό φόρτο, προκειμένου να υπολογισθεί για κάθε τέτοιο τμήμα η συνολική πιθανότητα υπέρβασης συγκεκριμένων επιπέδων λειτουργίας, λόγω καταρρεύσεων κτιρίων. Επίσης τα ενοποιημένα τμήματα δρόμων είναι ομοιογενή όσον αφορά τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της οδού. Η βάση δεδομένων των οδών περιλαμβάνει στοιχεία όπως η ονομασία, η ιεράρχηση της οδoύ, το συνολικό και ενεργό πλάτος, ο αριθμός λωρίδων ανά κατεύθυνση, η ύπαρξη ή όχι κτιρίων, η μέση απόσταση απέναντι κτιρίων, η ύπαρξη νησίδας. Σεισμικό Σενάριο Στην συγκεκριμένη εφαρμογή χρησιμοποιούνται τα τρία σεισμικά σενάρια της μικροζωνικής μελέτης Θεσσαλονίκης για μέση περίοδο επαναφοράς ίση με 100, 475 και 1000 έτη (Πιτιλάκης και συν, 2008). Για τις σεισμικές διεγέρσεις που προτάθηκαν στα πλαίσια της σεισμολογικής μελέτης και της μελέτης σεισμικής επικινδυνότητας της περιοχής, εκτιμήθηκε η σεισμική απόκριση των πρόσφατων εδαφικών αποθέσεων στην ευρύτερη περιοχή συνεκτιμώντας όλα τα διαθέσιμα γεωλογικά, γεωφυσικά και γεωτεχνικά δεδομένα. Η κατανομή της μέσης τιμής των παραμέτρων της εδαφικής κίνησης προσδιορίστηκε με βάση τα αποτελέσματα ενός πλήθους μονοδιάστατων αναλύσεων εδαφικής απόκρισης. Στο σχήμα 5 δίνεται η κατανομή της μέσης κορυφαίας τιμής επιτάχυνσης για το δεύτερο σενάριο. Σχήμα 5. Κατανομή της μέσης κορυφαίας τιμής επιτάχυνσης (PHGAz=0: g's) στην επιφάνεια του εδάφους σύμφωνα με τα αποτελέσματα σεισμικής απόκρισης του εδάφους για το σεισμικό σενάριο με μέση περίοδο επανάληψης Τm=475 χρόνια. 10

11 Αποτίμηση της Σεισμικής Τρωτότητας Κτιρίων Έναντι Κατάρρευσης Αναφορικά με την σύνθεση της τυπολογίας και την αποτίμηση της τρωτότητας των κτιρίων, γίνεται χρήση των δεδομένων από προηγούμενες ερευνητικές εργασίες (RISK-UE, ). Για όσα τετράγωνα δεν υπήρχαν διαθέσιμα στοιχεία υπολογίζεται μια μέση πυκνότητα κτιρίων με βάση τα γειτονικά, γνωστής σύνθεσης, τετράγωνα. Επίσης λαμβάνονται υπόψη τα στοιχεία χρήσεων γης, ώστε να εξαιρεθούν οι χώροι πρασίνου και ειδικών χρήσεων (π.χ. γήπεδα, αρχαιολογικοί χώροι κτλ). Εξαιρούνται ακόμη τα τετράγωνα στα οποία βρίσκονται κτίρια σε μεγάλη απόσταση από το δρόμο, οπότε σε καμία περίπτωση δεν υπάρχει κίνδυνος κατάρρευσης εντός της οδού. Με βάση τις καμπύλες τρωτότητας που προτείνονται από τους Κappos et al. (2006) για συνήθη κτίρια του ελληνικού χώρου, υπολογίζεται για κάθε οικοδομικό τετράγωνο (j) η πιθανότητα κατάρρευσης (Κ) της κάθε κατηγορίας κτιρίων (Y), υπό την μέγιστη εδαφική επιτάχυνση (I), που στην παρούσα εφαρμογή αναφέρεται στο σεισμικό σενάριο με μέση περίοδο επαναφοράς 475 χρόνων, Pj(K Y Ι). Η τυπολογία και οι αντίστοιχες καμπύλες τρωτότητας ταξινομούνται ως προς το ύψος σε τρεις κατηγορίες, Χαμηλά (Χ: 1-3 όροφοι), Μεσαία (Μ: 4-7 όροφοι), Ψηλά (Ψ: 8 ή παραπάνω όροφοι), οπότε και οι πιθανότητες κατάρρευσης προσδιορίζονται ξεχωριστά για τις τρεις κατηγορίες ύψους Υ (Υ= Χ, Μ, Ψ). Στη συνέχεια προσδιορίζεται η πιθανότητα να συμβεί τουλάχιστον μια κατάρρευση κτιρίων ύψους Υ κατά μήκος του κάθε τμήματος οδού (από κόμβο σε κόμβο), όπως περιγράφεται πιο αναλυτικά παρακάτω. Από τον ορισμό της «κατάρρευσης» ως επιπέδου βλάβης κατά την εξαγωγή των καμπυλών τρωτότητας των κτιρίων, αλλά και με βάση την εμπειρία από προηγούμενους σεισμούς, συνάγεται ότι δεν πρόκειται πάντοτε για ολοσχερή κατάρρευση που θα οδηγήσει σε μορφή η οποία θα αποκλείσει την παρακείμενη οδό. Από τα στοιχεία και την εμπειρία προηγούμενων σεισμών στην Ελλάδα, εκτιμάται ότι ένα ποσοστό της τάξεως του 20% θα είναι τέτοιας μορφής, οπότε οι προηγούμενες πιθανότητες πολλαπλασιάζονται με ένα μειωτικό συντελεστή ίσο με Τέλος, γίνεται αναγωγή των πιθανοτήτων στην πλευρά του κάθε οικοδομικού τετραγώνου που έχει πρόσοψη στην οδό, όπως εξηγήθηκε παραπάνω. Αποτίμηση της Σεισμικής Τρωτότητας των Οδών Έναντι Κατάρρευσης Κτιρίων Καταρχήν ορίζονται επίπεδα λειτουργίας (ΕΛ) της κάθε οδού, με βάση το ελεύθερο από κατάρρευση ενεργό πλάτος της οδού (σχήμα 3). Για παράδειγμα οδός ανοικτή, 50% ανοικτή, κλειστή, ή ανοικτή κατά ένα κρίσιμο πλάτος για το οποίο είναι δυνατή η διέλευση οχημάτων άμεσης επέμβασης (π.χ. 3m). Βάσει λοιπόν της γεωμετρίας της κάθε οδού (απόσταση από κτίρια και ενεργό πλάτος οδού), προσδιορίζεται το πλάτος κατάρρευσης (W d ) που αποτελεί την τιμή κατωφλίου για το αντίστοιχό επίπεδο λειτουργίας. Με βάση το μοντέλο κατάρρευσης που περιγράφηκε νωρίτερα, υπολογίζεται η πιθανότητα υπέρβασης του συγκεκριμένου πλάτους για κάθε κατηγορία ύψους P( EΛi Y). Η παρούσα εφαρμογή γίνεται για το επίπεδο λειτουργίας που αντιστοιχεί σε μείωση του ενεργού πλάτους κατά 50%. Στη συνέχεια υπολογίζεται η συνολική πιθανότητα τουλάχιστον μιας ολικής κατάρρευσης κτιρίων ύψους Υ κατά μήκος του κάθε τμήματος οδού (από κόμβο σε κόμβο), όπως περιγράφεται παρακάτω για το παράδειγμα του σχήματος 6. 11

12 Αν για το τετράγωνο Α, η περίμετρος είναι L A, το μήκος της πλευράς προς την οδό είναι L αβ, και ο συνολικός αριθμός κτιρίων της τυπολογικής κατηγορίας i είναι Ν i,α, τότε ο αριθμός κτιρίων της τυπολογικής κατηγορίας i που βρίσκονται στην πλευρά αβ είναι: Ν = Ν ι, αβ ι, Α (1) L αβ L A Η πιθανότητα κατάρρευσης ενός τουλάχιστον κτιρίου τύπου i στο τετράγωνο Α προς την πλευρά του δρόμου αβ, υπό σεισμική ένταση Ι, θα είναι: P aβ aβ ( K i I ) ( P ( K i I )) Ni, = 1 1 (2) A όπου P A (K i I) είναι η πιθανότητα κατάρρευσης των κτιρίων τύπου i που βρίσκονται στο τετράγωνο Α. Για το αυτό τετράγωνο υπολογίζεται η πιθανότητα κατάρρευσης ενός τουλάχιστον κτιρίου τύπου i και κατηγορίας ύψους Y (Y=X, M, Ψ), καθώς η αποτίμηση του δικτύου έναντι κατάρρευσης παρόδιων κτιρίων πραγματοποιείται για τις τρεις κατηγορίες ύψους ξεχωριστά: P aβ T αβ i= 1 ( ) ( K Y I ) = 1 1 P ( K i I ) (3) όπου Τ το πλήθος των τυπολογικών κατηγοριών που αντιστοιχούν στo ύψος κατηγορίας Υ. Αντίστοιχα, η πιθανότητα να σημειωθεί τουλάχιστον μια κατάρρευση (για την κάθε κατηγορία ύψους) στα οικοδομικά τετράγωνα Α, Β, Γ, Δ, E, Ζ μεταξύ των κόμβων 1 και 2 του παραδείγματος, θα είναι: P 1,2 ( K Y I ) (4) = 1 ( 1 P ( K Y I )) 1 P ( K Y I ) aβ ( γδ ) ( 1 Pεζ ( K Y I )) ( 1 Pηθ ( K Y I )) ( 1 P ( K Y I )) ( 1 P ( K Y I )) ικ λμ Α B Γ α β γ δ ε ζ 1 2 η θ ι κ λ μ Δ E Ζ Σχήμα 6. Παράδειγμα υπολογισμού της πιθανότητας αποκλεισμού ενός τμήματος οδού μεταξύ δυο κόμβων (1,2). 12

13 Τέλος προσδιορίζεται η πιθανότητα υπέρβασης του επιπέδου λειτουργίας της οδού (EΛi) για κάθε κατηγορία ύψους Υ λόγω κατάρρευσης κτιρίων υπό σεισμική ένταση Ι: ( ΕΛ Y I ) = P ( K Y I ) P ( Y ) P1,2 1,2 1, 2 ΕΛ (5) i i καθώς και η συνολική πιθανότητα για όλες τις κατηγορίες ύψους: P ( ΕΛ I ) = P ( ΕΛ X I ) + P ( ΕΛ M I ) + P ( ΕΛ I ) 1,2 i 1,2 i 1,2 i 1, 2 i Ψ (6) Στο σχήμα 7 φαίνεται η κατανομή κατά φθίνουσα σειρά των συνολικών πιθανοτήτων που υπολογίστηκαν ακολουθώντας την παραπάνω διαδικασία για το σεισμικό σενάριο με Tm=475 χρόνια. Στο ίδιο σχήμα δίνεται και η κατανομή του μήκους οδών σε διαφορετικές κατηγορίες πιθανοτήτων αποκλεισμού για τα τρία σενάρια. Το μεγαλύτερο ποσοστό των υπό μελέτη οδών παρουσιάζουν μηδενική πιθανότητα, καθώς στους υπό μελέτη οδικούς άξονες τα κτίρια απουσιάζουν ή είναι σε μεγάλες αποστάσεις. Στο σχήμα 8 δίνεται ένας χάρτης για το ίδιο σενάριο από την κεντρική περιοχή Θεσσαλονίκης, όπου και εμφανίζονται οι υψηλότερες πιθανότητες αποκλεισμού. Η συνολική πιθανότητα αποκλεισμού του κάθε τμήματος οδού εξαρτάται από την πυκνότητα και το σύστημα δόμησης, το μήκος του εκάστοτε τμήματος οδού, την τυπολογία κτιρίων και την τιμή των σεισμικών φορτίων. Για παράδειγμα τα υψηλά κτίρια από τα οποία προκύπτουν μεγαλύτερα πλάτη συντριμμιών, εμφανίζουν λόγω της μορφής των καμπυλών τρωτότητας από σχεδόν μηδενικές έως μικρές πιθανότητες για κατάρρευση. P%(>EΛ-50% 475yrs Πιθανότητα P%(>=EΛ-50% Ι Tm ) >10 Μήκος οδών (km) Σενάριο Τm=100 χρόνια 238 7,36 1,94 0,25 0,21 Σενάριο Τm=475 χρόνια 236 7,93 2,88 0,56 0,35 Σενάριο Τm=1000 χρόνια 236 7,40 2,85 0,89 0, Οδός Σχήμα 7. Κατανομή κατά φθίνουσα σειρά της πιθανότητας υπέρβασης για αποκλεισμό κάθε οδού του υπό μελέτη δικτύου κατά 50% για το σεισμικό σενάριο με Τm=475 χρόνια. H ανάλυση της συνδετικότητας του δικτύου για συγκεκριμένες διαδρομές (π.χ. πρόσβαση σε κρίσιμα κτίρια όπως σχολεία, νοσοκομεία από οχήματα άμεσης επέμβασης) είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί σε ένα επόμενο στάδιο μέσω προσομοιώσεων τύπου Monte Carlo. Σε μια τέτοια προσέγγιση παράγονται κατ επανάληψη τυχαίες τιμές πιθανοτήτων αποκλεισμού των οδών, οι οποίες συγκρίνονται με τις αντίστοιχες υπολογισμένες τιμές. Ακολούθως με 13

14 στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων καθορίζεται τελικά η αναμενόμενη κατάσταση της κάθε οδού και ελέγχεται η συνδετικότητα του δικτύου. Σχήμα 8. Χωρική κατανομή της πιθανότητας υπέρβασης αποκλεισμού οδών κατά 50% του ενεργού πλάτους για το σεισμικό σενάριο με Τm=475 χρόνια. Αποτίμηση της Σπουδαιότητας Οδών Η κάθε οδός του συνολικού δικτύου αξιολογείται με βάση τα κριτήρια του πίνακα 1 για τις τρεις περιόδους λειτουργίας (κανονική, κρίσης, αποκατάστασης). Συγκεκριμένα ο δείκτης της λειτουργικής ιεράρχησης διαμορφώνεται ανάλογα με την κατηγορία της οδού: ελεύθερες/ταχείες λεωφόροι, κύριες ή δευτερεύουσες αρτηρίες, πρωτεύουσες ή δευτερεύουσες συλλεκτήριες, και τοπικές οδοί. Ο δείκτης της κυκλοφοριακής ικανότητας εξαρτάται από το ενεργό πλάτος, ενώ ο δείκτης της πρόσβασης σε κρίσιμες χρήσεις εξαρτάται από το είδος σύνδεσης (άμεση ή έμμεση πρόσβαση), αλλά και την σπουδαιότητα και τον ρόλο των αντίστοιχων υπηρεσιών και χρήσεων ανά περίοδο (νοσοκομεία, κτίρια και 14

15 εγκαταστάσεις πυρόσβεσης, πολιτικής προστασίας/συντονισμού, τεχνικών υπηρεσιών, πρόνοιας, τερματικών σταθμών, ανοιχτών χώρων συγκέντρωσης κοινού). Ο δείκτης χρήσης σε κατάσταση επείγουσας ανάγκης βαθμονομείται ως προς την μεγάλη ή μικρότερη σπουδαιότητα κατά τις κυκλοφοριακές ρυθμίσεις σε περίπτωση σεισμού. Τέλος οι πολεοδομικοί δείκτες περιγράφονται από την ανάλυση της αστικής σπουδαιότητας των παρόδιων οικοδομικών τετραγώνων, με βάση τις πυκνότητες κατοίκων και κεντρικών λειτουργιών και την οικιστική πυκνότητα (Anastassiadis and Argyroudis, 2007). Η βαθμονόμηση των δεικτών γίνεται χρησιμοποιώντας διαφορετικά επίπεδα που αντιπροσωπεύονται με τιμές από 0 έως 1 (π.χ. 0.0, 0.5, 0.75, 1.0) με βάση την διαφοροποίηση της σχετικής αξίας των εκτιθέμενων σε σεισμικό κίνδυνο στοιχείων. Η τιμή [1.0] εκφράζει πάντοτε την μεγαλύτερη σχετική αξία, ενώ η τιμή [0.0] την μικρότερη. Η άθροιση των τιμών των επιμέρους δεικτών δίνει την ολική αξία του κάθε τμήματος οδού, η οποία χρησιμοποιείται για την ιεράρχηση σε κατηγορίες σπουδαιότητας (πρωταρχική, σημαντική, δευτερέυουσα). Στο σχήμα 9 δίνεται ένας χάρτης με την κατηγοριοποίηση των οδών στην κεντρική περιοχή Θεσσαλονίκης για την περίοδο κρίσης, ύστερα από την βαθμονόμηση με τους παραπάνω δείκτες. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η μελέτη της σεισμικής διακινδύνευσης ενός οδικού δικτύου είναι σημαντικό στοιχείο για την διαχείριση του σεισμικού κινδύνου, ειδικότερα στις αστικές περιοχές των ελληνικών πόλεων που χαρακτηρίζονται από πυκνή δόμηση και ανεπάρκεια συγκοινωνιακών υποδομών. Μια ολοκληρωμένη προσέγγιση περιλαμβάνει την εκτίμηση τόσο της σεισμικής τρωτότητας όσο και της σπουδαιότητας των επιμέρους συνιστωσών του δικτύου, ενώ στηρίζεται σε λεπτομερείς αναλύσεις της σεισμικής εδαφικής απόκρισης για διάφορα σεισμικά σενάρια. Προτείνεται ένα μοντέλο προσδιορισμού της επιρροής των ενδεχόμενων καταρρεύσεων παρόδιων κτιρίων στην λειτουργία των οδών, το οποίο και εφαρμόζεται στην κεντρική Θεσσαλονίκη χρησιμοποιώντας στοιχεία της μικροζωνικής μελέτης της πόλης και των σχετικών μελετών τρωτότητας των κτιρίων. Επιπλέον περιγράφεται ένα σύστημα ιεράρχησης της σπουδαιότητας η οποία καθορίζεται μέσω συγκοινωνιακών και πολεοδομικών δεικτών. Στην συγκεκριμένη εφαρμογή μελετήθηκαν οι κρίσιμοι οδοί σε περίπτωση εκτάκτου ανάγκης, οι οποίες χαρακτηρίζονται κυρίως ως ελεύθερες λεωφόροι ή κύριες αρτηρίες. Ορισμένοι οδικοί άξονες πρωταρχικής σπουδαιότητας παρουσιάζουν πράγματι υψηλή πιθανότητα αποκλεισμού. Η εικόνα του συνολικού δικτύου θα είναι αρκετά πιο δυσμενής αφού τα πλάτη οδών και οι αποστάσεις των κτιρίων από τους δρόμους είναι συνήθως μικρότερα στις χαμηλότερης ιεράρχησης οδούς, μεταξύ των άλλων λόγω και των άναρχα σταθμευμένων αυτοκινήτων. Οι αβεβαιότητες που υπεισέρχονται είναι πολλές, και σχετίζονται με τον καθορισμό της γεωμετρίας και τυπολογίας κτιρίων και οδών, την εκτίμηση της τρωτότητας κτιρίων και του ποσοστού καταρρεύσεων, τον προσδιορισμό του τύπου κατάρρευσης και του αντίστοιχου πλάτους κατάληψης της οδού. Σχετίζονται επίσης με τις αβεβαιότητες που προέρχονται από την εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας και της χωρικής κατανομής της ισχυρής εδαφικής κίνησης. Σε κάθε επιμέρους στάδιο προσομοίωσης και αποτίμησης γίνονται οι πλέον 15

16 ρεαλιστικές παραδοχές και υποθέσεις. Η εφαρμογή πιθανοτικών μοντέλων μέσω της προτεινόμενης προσέγγισης για την αποτίμηση της επικινδυνότητας, σεισμικής τρωτότητας και προσδιορισμού των ενδεχόμενων επίπεδων βλάβης των οδών, λαμβάνει εν μέρει υπόψη τις παραπάνω αβεβαιότητες. Περαιτέρω βελτίωση είναι δυνατή με την προσθήκη εμπειρικών δεδομένων από σεισμούς, καθώς και την πιο ακριβή και λεπτομερή αποτύπωση της υπάρχουσας κατάστασης (τοπολογία κτιρίων, οδών). Σχήμα 9. Ιεράρχηση της σπουδαιότητας των οδών στην κεντρική περιοχή Θεσσαλονίκης κατά την περίοδο κρίσης. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Anastassiadis A.J. and Argyroudis S.A., (2007). "Seismic Vulnerability Analysis in Urban Systems and Road Networks. Application to the City of Thessaloniki, Greece", Sustainable Development and Planning, Volume 2, Issue 3. Argyroudis S., Pitilakis K., Anastasiadis A. (2005). "Roadway Network Seismic Risk Analysis in Urban Areas: The Case of Thessaloniki - Greece", International Symposium GEOLINE, Lyon, May. 16

17 Basoz Ν., Kiremidjian Α., (1996). Risk Assessment for Highway Transportation Systems, JA Blume Earthquake Engineering Research Center, Technical Report No.118, the Department of Civil Engineering, Stanford University, Stanford CA. Cho S., Gordon P., Moore J., Richardson H., Shinozuka, M., Chang S., (2001). Integrating Transportation Network and Regional Economic Models to Estimate the Costs of a Large Urban Earthquake, Journal of Regional Science, 41(1), Goretti, A. (2005). A Probabilistic Model Able to Handle Interaction Among Road Network, Buildings and Emergency Services in Urban Areas. Proc. IX International Conference on Structural Safety and Reliability, ICOSSAR 05, Rome, June. Harr M.E. (1987). Reliability-based design in civil engineering. McGraw-Hill. Kiremidjian A., Moore J., Fan Y.Y., Basoz N., Yazali O., Williams M., (2006). Highway Demonstration Project, PEER Report 2006/02, Pacific Earthquake Engineering Research Center, College of Engineering University of California, Berkeley. National Institute of Building Sciences (NIBS), (2004). HAZUS-MH: Users s Manual and Technical Manuals. Report prepared for the Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C. Perkins, J., Chuaqui B., Wyatt E., (1997). Pre-Earthquake Planning for Post-Earthquake Transportation System Recovery in the San Francisco Bay Region, Association of Bay Area Governments, Publ. Numb.: P97002EQK, Oakland, CA. RISK-UE ( ). An Advanced Approach to Earthquake Risk Scenarios with Applications to Different European Towns. Research Project, European Commission, DG ΧΙI , CEC Contract Number: EVK4-CT (URL: Shinozuka M., Murachi Y., Dong X., Zhou Y., Orlikowski M.J., (2003). Seismic Performance of Highway Transportation Networks. In Proceedings of the China-US Workshop on Protection of Urban Infrastructure and Public Buildings against Earthquakes and Manmade Disasters, Beijing, China, February. Werner S.D, Taylor C.E., Moore J.E., Walton J.S., Cho S., (2000). A risk-based methodology for assessing the seismic performance of highway systems, Technical Report MCEER , State University of New York, Buffalo. Werner, S.D., (2003). Current Developments and Future Directions for Seismic Risk Analysis of Highway Systems, Proceedings of the 6th U.S Conference and Workshop on Lifeline Earthquake Engineering, Long Beach, California, TCLEE/ASCE, Monograph No.25, edited by J. E. Beavers, Αργυρούδης Σ., Πεΐτση Ε., Πεΐτση Α., Πιτιλάκης Κ. (2006α). «O Ρόλος των Τοπικών Εδαφικών Συνθηκών στην Εκτίμηση της Σεισμικής Διακινδύνευσης Γεφυρών Ο/Σ. Εφαρμογή στις Γέφυρες του Πολεοδομικού Συγκροτήματος Θεσσαλονίκης», 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Ξάνθη, 31 Μαΐου- 2 Ιουνίου. Αργυρούδης Σ., Πιτιλάκης Κ., Κάππος A., Σέξτος A. (2006β). «Μελέτη σεισμικής τρωτότητας γεφυρών από σκυρόδεμα. Εφαρμογή στο πολεοδομικό συγκρότημα Θεσσαλονίκης», 15ο Ελληνικό Συνέδριο Σκυροδέματος, Αλεξανδρούπολη, Οκτωβρίου. Αργυρούδης Σ., Μπίλλης Θ., Ντέρη Α., Πιτιλάκης Κ. (2006γ). «Σεισμική Τρωτότητα Σηράγγων Μικρού Βάθους σε Αλουβιακές Αποθέσεις», 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Ξάνθη, 31 Μαΐου- 2 Ιουνίου. Αργυρούδης Σ., Πιτιλάκης Κ. (2008). «Καμπύλες Τρωτότητας Σηράγγων Μικρού Βάθους», 3o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας, 5 7 Νοεμβρίου, Αθήνα, άρθρο Πιτιλάκης Κ. Αναστασιάδης Α., Αργυρούδης Σ., Κακδέρη Κ., Αλεξούδη Α. (2008). «Αποτίμηση Τρωτότητας και Διαχείριση Σεισμικής Διακινδύνευσης Δικτύων Κοινής Ωφέλειας, Υποδομών και Κρίσιμων Υπηρεσιών. Εφαρμογή στην Μητροπολιτική Θεσσαλονίκη». 3o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας, Αθήνα, 5 7 Νοεμβρίου. 17