ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΏΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Ε ΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ, ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΩΝ ΚΑΙ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΏΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Ε ΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ, ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΩΝ ΚΑΙ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Συμπεριφορά υπόγειων αγωγών Φυσικού Αερίου υπό σεισμική φόρτιση K. Πιτιλάκης: Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, ΑΠΘ Θ. Χατζηγώγος: Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, ΑΠθ M.Αλεξούδη: ρ. Πολιτικός Μηχανικός, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, ΑΠΘ Ημερίδα: «Επιπτώσεις από διαρροή Φυσικού Microzonation Αερίου στο Study αστικό of Thessaloniki περιβάλλον. Προβλήματα-Πρόληψη», 1 st Phase ΤΕΕ 30/3/2009

Κύρια χαρακτηριστικά των δικτύων φυσικού αερίου ΟΜΗ Πολύπλοκα δίκτυα, ποικιλία συνιστωσών (γραμμές, σημεία), αυξημένη απαίτηση για τις κρίσιμες συνιστώσες Αγωγοί Σταθμοί μετρητικοί ρυθμιστικοί (Μ/R) Εγκαταστάσεις αποθήκευσης Συστήματα Ελέγχου του συστήματος (SCADA( SCADA) Γραμμές: Κόμβοι: ίκτυα: 2

Κύρια χαρακτηριστικά των δικτύων φυσικού αερίου ΕΚΤΑΣΗ Μεγάλη,χωρική μεταβλητότητα της σεισμικής κίνησης και των δικτύων ΤΥΠΟΛΟΓΙΑ Τύποι, γεωμετρία, υλικά, ηλικία Επιπτώσεις από επικείμενη αστοχία στοιχείων του δικτύου φυσικού αερίου Μείωση της εξυπηρετικότητας των ανθρώπινων δραστηριοτήτων (σε τοπικό ή ευρύτερο επίπεδο) Απώλεια εσόδων για τον Οργανισμό διαχείρισης του δικτύου Άμεσο οικονομικό κόστος (επισκευές και ανακατασκευές) Έμμεσο οικονομικό κόστος (από μη λειτουργία του δικτύου) Μείωση της αξιοπιστίας στο κοινωνικό σύνολο Αλληλεπιδράσεις με άλλα δίκτυα και πιθανές αστοχίες και άλλων δικτύων Πιθανή ανάφλεξη (εκδήλωση πυρκαγιάς) υπό προϋποθέσεις 3

Μεθοδολογία αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης δικτύων Απογραφή πληροφοριών/ Τυπολογία Εμπειρικές Αναλυτικές Βάσει γνώμης ειδικών Αιτιοκρατικός (Γνώμη ειδικών) Πιθανοτικός (Monte- Carlo) Σχέσεις τρωτότητας Ορισμός της αστοχίας Σεισμικά σενάρια Τοπικές εδαφικές συνθήκες Αιτιοκρατικά (ιστορικοί σεισμοί) Πιθανοτικά (διαφ. περιόδους επανάληψης σεισμού) Μικροζωνική μελετη Απλοποιημένες Από αναλυτ. χάρτες Χωρική μεταβολή των μεγεθών της ισχυρής εδαφικής κίνησης Πυκνότητα αστοχιών Χωρικός εντοπισμός επικίνδυνων σημείων Αποτίμηση σεισμικής τρωτότητας Χάρτες PGA, PGV, PGD, PSA T Αναλύσεις αξιοπιστίας Στρατηγικές διαχείρισης της σεισμικής διακινδύνευσης Απλοποιημένες Σύνθετες Οικονομικές απώλειες (άμεσες, έμμεσες) Προτεραιότητες αποκατάστασης (μετασεισμικές επεμβάσεις) Εντοπισμός «σημαντικών» & «επικίνδυνων» σημείων (προσεισμικές ενισχύσεις) Αρχικό/ Τελικό δίκτυο 4

Μεθοδολογία αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης δικτύων Περιγραφή δικτύου Απογραφή πληροφοριών Σεισμική επικινδυνότητα Ολική αξία Τυπολογία Εδαφική απόκριση Ανάλυση αξιοπιστίας Τρωτότητα Αποτίμηση τρωτότητας Αλληλεπιδράσεις Απώλειες Στρατηγικές διαχείρισης κρίσεων 5

Περιγραφή δικτύου Φ.Α Το δίκτυο μεταφοράς και διανομής του Φ.Α στηνθεσ/νίκη περιλαμβάνει : 2 σταθμούς εισαγωγής Φ.Αστηνπόλη Περισσότερους από 30M/R σταθμούς Αγωγούς πίεσης 19bar (χαλυβδοσωλήνες) Αγωγούς πίεσης 4bar (PE-πολυαιθυλένιο) Ιστορικό κέντρο (Περιοχή μελέτης) 7M/R σταθμοί 67.25km αγωγών SCADA + βαλβίδες απομόνωσης κάθε 2-3km Κάθε λειτουργικός τομέας περιλαμβάνει: 2 M/R σταθμούς (10.000Nm 3 /h) 6

Μεθοδολογία αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης δικτύων Περιγραφή δικτύου Απογραφή πληροφοριών Σεισμική επικινδυνότητα Ολική αξία Τυπολογία Εδαφική απόκριση Ανάλυση αξιοπιστίας Τρωτότητα Αποτίμηση τρωτότητας Αλληλεπιδράσεις Απώλειες Στρατηγικές διαχείρισης κρίσεων 7

Δίκτυο Φ.Α (Απογραφή Τυπολογία) Συλλογή πληροφοριών, χρήση G.I.S,, ψηφιοποίηση του δικτύου, δημιουργία βάσης δεδομένων/ ανά αγωγό M/R σταθμοί Αγωγοί Φ.Α Μήκος (m) ιάμετρος (mm) Πάχος (mm) Υλικό Πίεση (bar) Έτος κατασκευής Βάθος(m) Τύπος σύνδεσης 112.84 200 6.3 Χάλυβας 19 1998-1999 1.1 Ηλεκτροσυγκόλ ληση Τυπολογία: Εύκαμπτοι αγωγοί 8

Μεθοδολογία αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης δικτύων Περιγραφή δικτύου Απογραφή πληροφοριών Σεισμικά σενάρια Ολική αξία Τυπολογία Εδαφική απόκριση Ανάλυση αξιοπιστίας Τρωτότητα Αποτίμηση τρωτότητας Αλληλεπιδράσεις Απώλειες Στρατηγικές διαχείρισης κρίσεων 9

Σεισμικά σενάρια εν υπάρχει κανονισμός για τα σεισμικά σενάρια που σχεδιάζεται ή αποτιμάται η συμπεριφορά του δικτύου Φ.Α Υπάρχουν οδηγίες - συστάσεις & ανεξάρτητες μελέτες ( ιεθνώς) ιεθνώς η διαχείριση της αβεβαιότητας της σεισμικής επιφόρτισης πραγματοποιείται με διαφορετικά σεισμικά φορτία (πολλαπλά σεισμικά σενάρια) ανάλογα με το είδος του δικτύου (μεταφοράς, διανομής) και το σεισμοτεκτονικό περιβάλλον της περιοχής 10

Τοπικές εδαφικές συνθήκες Απλοποιημένος χαρακτηρισμός των εδαφών Θέσεις που πραγματοποιήθηκαν δοκιμές A B C EC-8 8 (pren( pren1998-1, 1, Dec 2001) A: Vs>800m/s, B: 360<Vs<800, C: 180<Vs<360 m/s (301) εδαφικά προφίλ (100m ιστορικό κέντρο,500m-σε περιοχές εκτός). EC-8 8 (pren( pren1998-1, 1, Dec 2001) 11

Τοπικές εδαφ.. συνθήκες Αναλυτικός γεωτεχνικός χάρτης (Εδαφικές συνθήκες) A(2-6) B1(10-25) E,F G A (2-13) B1,2(2-20) E,F A(4-10) C(2-8) B2,1(20-30) E,F B2(4-15) B1(5-15) E,F A(2-4) B1(4-6) E B1(10 B3(3- E,F 12

Εδαφική απόκριση: Μικροζωνική μελέτη Κάνναβος για 1D αναλύσεις σε κατάλληλα εδαφικά προφίλ Περιοχή αναλύσεων 203 σημεία Κάνναβος: 500 x 500 m 250 x 250 m 393 σημεία 5 πραγματικά επιταχυνσιογραφήματα 14

Εδαφική απόκριση: Χωρική κατανομή των μεγεθών της ισχυρής εδαφικής κίνησης Πιθανολογικό σεισμικό σενάριο: 475 χρόνια Για τις Σεισμικές ζώνες Του Αντισεισμικού Κανονισμού Απλοποιημένες οι εδαφικές συνθήκες Σεισμικές ζώνες 3 6 3 5 PGA: 0.24-040g (475 Χρόνια) 0.0 1.0 2.0 km 15

Εδαφική απόκριση: Χωρική κατανομή των μεγεθών της ισχυρής εδαφικής κίνησης Μικροζωνική μελέτη Ring Road PHGA (g) 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 Thessaloniki's Gulf Υπολογισμός: PΗGA, PVGA, PHGV, PΗGDP PHSA, PHSV, PHSD Μόνιμες μετακινήσεις, PGD 0m 1000m 2000m 16

Εδαφική απόκριση: Χωρική κατανομή των μεγεθών της ισχυρής εδαφικής κίνησης Mέση PHGV (m/sec) Υπολογισμός των μόνιμων εδαφικών παραμορφώσεων (ρευστοποίηση, κατολισθήσεις) Ring Road PGV (m/s) 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0m 1000m 2000m Thessaloniki's Gulf 17

Αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας (Σχέση τρωτότητας, ορισμός αστοχίας) Σχέση τρωτότητας: HAZUS 99 [R.R/Km]=K1*0.0001* (PGV) 2.25 K1: συντελεστής 0,3- εύκαμπτους αγωγούς 1,0- δύσκαμπτους αγωγούς Εδαφική ταλάντωση ΜΕΘΟ ΟΣ Γνώμη ειδικών Ορισμός αστοχίας Αιτιοκρατικός Μικροζωνική μελέτη: 475 χρόνια Αστοχίες αγωγών Φ.Α Καμία Χαμηλή Τρωτότητα Υψηλή Μέση-Υψηλή Μέση Χαμηλή- Μέση Χαμηλή Καμία R.R (/km) 1.4<R.R 0.7<R.R 1.4 0.1<R.R 0.7 0.7 0.01 R.R R.R 0.1 0.001 R.R R.R 0.01 R.R=0 Είδος αστοχίας Θραύσεις Σημαντικές διαρροές ιαρροές Μικρές διαρροές 19 0

Αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας (Σχέση τρωτότητας, ορισμός αστοχίας) Αστοχίες: 3 θραύσεις Σχέση τρωτότητας: R.R/Km=K1*0.0001* (PGV) 2.25 ΜΕΘΟ ΟΣ Μοnte nte- Carlo Ορισμός αστοχίας Πιθανοτικός Μικροζωνική μελέτη: 475 χρόνια < P( x = 0) Rand Repairs= 0 P ( x = 0) Rand < P( x = 0) + P( x = 1) Repairs= 1 P Καμία αστοχία Θραύση ( x = 0) + P( x = 1) Rand < P( x = 0) + P( x = 1) + P( x = 2) Repairs= 2 Υπολογισμός του RR L (διαφορετικός για κάθε αγωγό) Εκτίμηση της πιθανότητας για x = 0, 1, 2, 3 RR L n! ( ) ( ) n = n = RR L e P x Παραγωγή τυχαίων αριθμών με την βοήθεια Monte-Carlo. Σύγκριση των αποτελεσμάτων των τυχαίων αριθμών (Rand) με τα αποτελέσματα των πιθανοτήτων P(x=0), P(x=1) & P(x=2) Τύπος αστοχίας:θραύση 20

«Ολική Αξία» - Ιεράρχηση της Σπουδαιότητα των υπό κίνδυνο στοιχείων / Αστικό περιβάλλον Προσδιορισμός στοιχείων Υπό κίνδυνο Βαθμονόμηση Κανονική περίοδος Περίοδος κρίσης Περίοδος αποκατάστασης Επιλογή κατάλληλων δεικτών Απόφαση συμμετοχής δεικτών /περίοδο λειτουργίας Υπολογισμός ολικής αξίας Είδος αστικού σεναρίου Στάθμιση δεικτών Κατηγοριοποίηση των στοιχείων Ύψιστης σημασίας Σημαντικά ευτερεύουσας σημασίας 22

«Ολική Αξία» - Ιεράρχηση της Σπουδαιότητα των υπό κίνδυνο στοιχείων / Αστικό σενάριο: Οικιστικό Κανονική περίοδος Μεταβολή της «ολικής αξίας»/ περίοδο ( ίκτυο φυσικού αερίου) Αστικό σενάριο: Οικιστικό Κανονική περίοδος Κρίση Αποκατάσταση Περίοδος Κρίσης #0 #0 #0 Legend M/R Station (NORMAL) " Secondary #0 Important Main Pipes (NORMAL) Secondary Important Main " Legend M/R Station (CRISIS) ") Secondary #0 Important Main Pipes (CRISIS) Secondary Important Main ") Legend M/ R Stat (RECOVERY) " Secondary #0 Important Main Pipes (RECOVERY) Secondary Important Main " 0 0.2 0.4 0.8 1.2 1.6 Km 0 0.2 0.4 0.8 1.2 1.6 Km 0.2 0.4 0.8 1.2 1.6 Km 23

Ανάλυση Αξιοπιστίας Δικτύων ίκτυο ύδρευσης ίκτυο φυσικού αερίου ίκτυο τηλεπικοινωνιών ίκτυο αποχέτευσης 25

Αναλύσεις αξιοπιστίας (Απλοποιημένες, Σύνθετες) για το Φ.Α Απλοποιημένες αναλύσεις Χαρακτηρισμός δικτύου Ελάχιστα διασυνδεδεμένο δίκτυο Ενδιάμεσα διασυνδεδεμένο δίκτυο Μέγιστα διασυνδεδεμένο δίκτυο gamma = σ 3 2 ( k ) Δείκτης (Gamma) 1/3 gamma 1/2 where k 4 ½ < gamma < 2/3, where k 4 2/3 gamma 1, where k 3 διαθέσιμοι σύνδεσμοι gamma = μέγιστος αριθμός συνδέσμων = Δείκτης (Alpha) 0, Όπου k=σ+1 0< alpha < 1/2 όπου k 3 1/2 alpha 1 όπου k 3 σ σ max k: αριθμός κόμβων είκτης gamma: εκφράζει το ποσοστό (%) της συνδετικότητας του συστήματος είκτης alpha: εκφράζει το ποσοστό (%) των κυκλικών συνδέσμων στο δίκτυο Πραγματοποιείται σύγκριση πριν το σεισμό και μετά για να εκτιμηθεί η μεταβολή των δεικτών Παράδειγμα: k= 997, σ= 1006 Gamma: 0.337, Alpha: 0.005 Μέγιστος αριθμός κυκλ. συνδέσμων: 1989 ιαθέσιμοι κυκλ. σύνδεσμοι: 10 Η λειτουργική εφεδρεία μετά το σεισμό θα μειωθεί κατά 23% (ποσοστό ιδιαίτερα σημαντικό για ενδιάμεσα συνδεδεμένο δίκτυο & για τον αριθμό των ατόμων που εξυπηρετούνται στον λειτουργ. τομέα) 26

Συμπεράσματα (Στρατηγικές διαχείρισης της σεισμικής διακινδύνευσης) Αναπτύχθηκε μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία διαχείρισης της σεισμικής διακινδύνευσης του δικτύου Φ.Α Περιλαμβάνει: Επιρροή του σεισμοτεκτονικού περιβάλλοντος της περιοχής μελέτης Εκτίμηση των τοπικών εδαφικών συνθηκών Υπολογισμό της σεισμικής τρωτότητας του δικτύου & της ολικής αξίας Αποτίμηση της αξιοπιστίας του αρχικού και τελικού δικτύου Η μεθοδολογία είναι: Ευέλικτη Ακριβής Προσαρμόζεται στις νέες συνθήκες / νέες μελέτες Εποπτική (περιβάλλον G.I.S) Επιλογή κατάλληλου ανεκτού επιπέδου ασφάλειας (ή το θεσμοθετημένο) ώστε να οριστεί ο τρόπος διαχείρισης της σεισμικής διακινδύνευσης του δικτύου 14 Απρ. 2003 «Επιπτώσεις από διαρροή Φυσικού Αερίου στο αστικό περιβάλλον. Προβλήματα-Πρόληψη» ΤΕΕ 30/3/2009 27

Συμπεράσματα (Στρατηγικές διαχείρισης της σεισμικής διακινδύνευσης) Παρουσιάστηκε μια προκαταρτική εφαρμογή της μεθοδολογίας διαχείρισης της σεισμικής διακινδύνευσης του δικτύου Φ.Α Περιλαμβάνει: Σεισμικό σενάριο: (475 χρόνια) Τοπικές εδαφικές συνθήκες: Μικροζωνική μελέτη Υπολογισμό της σεισμικής τρωτότητας: Πραγματοποιείται μέσω της εκτίμησης του αριθμού θραύσεων/ χωρική μεταβολή των αστοχιών Υπολογισμός της ολικής αξίας: Πραγματοποιείται μέσω αναλύσεων της μεταβολή της σπουδαιότητας των αγωγών / περίοδο Αποτίμηση της αξιοπιστίας: Απλοποιημένος υπολογισμός της συνδετικότητας. Μεταβολή της αρχικής/ τελικής συνδετικότητας του δικτύου ως αποτέλεσμα των αστοχιών 14 Απρ. 2003 «Επιπτώσεις από διαρροή Φυσικού Αερίου στο αστικό περιβάλλον. Προβλήματα-Πρόληψη» ΤΕΕ 30/3/2009 28