Modelação de perdas e avaliação do risco sísmico Maria Luísa Sousa Workshop projecto LESSLOSS...

Modelação deperdas e avaliação

do risco sísmico

Maria Luísa Sousa

Workshop projecto LESSLOSS – SP10 – Earthquake disaster scenario prediction and loss modelling for urban areas Curso de formação em modelação de perdas em consequência de sismos,

técnicas para a redução da vulnerabilidade e risco sísmico LNEC, 25 de Maio de 2006

Organização

2. Risco sísmico – definição de conceitos

1. Ciclo de gestão do risco

3. Modelação de perdas para cenários de ocorrência

4. Avaliação probabilística do risco sísmico

5. Conclusões

Ciclo de gestão do risco

Avaliação


Avaliação

Estratégias exequíveis


Avaliação


Selecção da melhor estratégia


Avaliação



Implementação


Monitorização

Avaliação



Implementação


Monitorização

Avaliação



Implementação

Avaliação

Organização





5. Conclusões

Risco sísmico, R

Fotografia Robert E. Wallace [USGS]

Perigosidade, H

H, V

Fotografia de Jorge Rodrigues [1998]

Vulnerabilidade, V

, E

Risco sísmico, R

Fotografia Robert E. Wallace [USGS]

Perigosidade, H

H= f ( , VRS )R )

Fotografia de Jorge Rodrigues [1998]

Vulnerabilidade, V

França et al. [2003]

Exposição, E

RE

Risco sísmico, R

EH V RV R

Risco sísmico, R

H V REE R

Análise probabilística da perigosidade sísmica (PSHA)


Modelo de Cornell [1968]

X

x xxx dfAA )()|(P)(PTPT:

PSHA Catálogo sísmico e zonas de geração

1

2

4

6 98

3

5

7

10

15°0'0"W

10°0'0"W

10°0'0"W 5°0'0"W

5°0'0"W

35°0'0"N 35°0'0"N

40°0'0"N 40°0'0"N

45°0'0"N

0 10050km

instrumental

histórico

Magnitude[3,5 - 4,0]

4,0 - 5,0

5,0 - 6,0

6,0 - 7,0

7,0 - 8,0

]8,0 - 8,5]


X

x xxx dfAA )()|(P)(PTPT: A H > h



drdmrfmfrmhHhH kRkRM

Mkk )()(),(P)(P

X



drdmrfmfrmhH kRkRM

MkkkhH )()(),(P)(

taxa média de ocorrência de sismos na zona de geração k, que originam no local: H > h



Mkk )()(),(P)(P

X



H(P >h| m,r k)|

PSHA

1

2

3

4

5

6

7

8

0 100 200 300 400 500 600 700

distância hipocentral (km)

inte

nsid

ade

mac

ross

ísm

ica

Magnitude = 7.1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 100 200 300 400 500 600 700 800

distância hipocentral (km)

inte

ns

ida

de

ma

cro

ss

ísm

ica

Solo rijo

Solo intermédio

Solo brando

Magnitude = 8.5

P(I>I0|m=8.5,r=400)

P(I>I0|m=7.1,r=300)

Leis de atenuação - P(H>h|m,r)

P(H>h|m,r) ~ Gaussiana

drdmrfmfrmhH kRkRM

MkkkhH )()(),)(P)(




Mkk )()(),)(P)(P

X



(m)Mf k

PSHA Lei de Gutenberg-Richter - fM(m)

)0(

)0(

1)(

kkk

kk

mmu

mmk

kMe

emf

kk mmm u0

kk b )10ln(

fdp da Lei de Gutenberg-Richter truncada superiormente

fM(m)

0.01

0.1

1

10

100

3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

magnitude

N(m

)

PSHA

Lei de Gutenberg-Richter

Lei de Gutenberg-Richter - fM(m)

b=-1,2

b=-0,7logN(m)k = ak + bk m

PSHA

Lei de Gutenberg-Richter

b = -0,95

Afastada

Próxima

b = -0,66

b = -0,84

b = -0,89

b = -0,84

b = -0,59 b = -0,64 b = -1,22

b = -0,87

b = -0,92

b = -0,95

Afastada

Próxima

b = -0,66

b = -0,84

b = -0,89

b = -0,84

b = -0,59 b = -0,64 b = -1,22

b = -0,87

b = -0,92

b = -0,95

Afastada

Próxima

b = -0,66

b = -0,84

b = -0,89

b = -0,84

b = -0,59 b = -0,64 b = -1,22

b = -0,87

b = -0,92

b = -0,95

Afastada

Próxima

b = -0,66

b = -0,84

b = -0,89

b = -0,84

b = -0,59 b = -0,64 b = -1,22

b = -0,87

b = -0,92

b = -0,95

Afastada

Próxima

b = -0,66

b = -0,84

b = -0,89

b = -0,84

b = -0,59 b = -0,64 b = -1,22

b = -0,87

b = -0,92

b = -0,95

Afastada

Próxima

b = -0,66

b = -0,84

b = -0,89

b = -0,84

b = -0,59 b = -0,64 b = -1,22

b = -0,87

b = -0,92

Lei de Gutenberg-Richter - fM(m)

logN(m)k = ak + bk m

drdmrfmfrmhH kRkRM

MkkkhH )()(),)(P)(




Mkk )()(),)(P)(P

X



(rRf k)

PSHA Distribuição da distância- fR(r)

fR(r)

zona k

local

PSHA Distribuição da distância- fR(r)

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-200000 0 200000 400000 600000

-200000

0

200000

400000

%U 1%U 2%U 3%U 3 - 5%U 5 - 8%U 8 - 11

m600000

m

Nº de sismosM > 3,5

células 10 × 10 kmperíodo > 1910




Mkk )()(),)(P)(P

X

x xxx dfAA )()|(P)(P

hHkhHhH

ZN

k 1)(exp1)(P

Modelo estocástico para descrever a ocorrência no tempo

drdmrfmfrmhH kRkRM

MkkkhH )()(),)(P)(


TPT: A H > h

POISSON

10 100 1000 10000

Período de retorno [ano]

Inte

nsi

dad

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acro

ssís

mic

a

Porto Lisboa Faro

IV

II

VI

VIII

X

XII


0.0001

0.001

0.01

0.1

1

Intensidade macrossísmica

Porto Lisboa Faro

IV VI VIII XIIII X

P [

H >

h]

hHhH )(P


)(T)(PP ano h

hHhH1

11 1

)(P)(T

ano hHh

1

1


Período de retorno T(h)

Intervalo de tempo de exposição

(vida útil)

1

10

100

1000

10000

1 10 100

Período de vida (ano)

Per

íod

o d

e re

torn

o (

ano

)

5%

0.5%1%

10%

50%

50

PE=10% em 10 anos


T=975 anos

PE=5% em 50 anos

T=475 anosPE=10%

em 50 anosT=95 anos

2

4

6

8

10

12

10 100 1000 10000


Inte

nsid

ade m

acro

ssí

sm

ica Porto Lisboa Faro


97547595

Intensidademacrossísmica

N

PE = 10% em 50 anosPE = 10% em 10 anos PE = 5% em 50 anos

[5,0 - 5,5]5,5 - 6,06,0 - 6,56,5 - 7,07,0 - 7,57,5 - 8,08,0 - 8,58,5 - 9,0]9,0 - 9,5]

50 0 50 Kilometerskm


T=975 anosT=475 anosT=95 anos

Inventário dos elementos em risco

Elementos em risco

Edifícios

Alojamentos

Ocupantes

Portugal Continental

3,0 M

4,8 M

9,8 M

Censos 2001

Factores de vulnerabilidade

Época de construção

Tipo deestrutura

Nº depavimentos

Antes de 1919

1919 - 19451946 - 1960

1961 - 1970

1971 - 1980

1981 - 1985

1986 - 1990

1991 - 1995

1996 - 2001

BA

ACP

ASP

ATAPS

Outros

1

2

3

4

5 a 7

8 a 15

+ de 15

18% 1971-80

41% ACP46% 2

Estado de conservação do edifício Estado de conservação do edifício

Configuração do R/C

O edifício é isolado ou é cinco vezes mais alto que os edifícios adjacentes?

O edifício é de gaveto ou de extremo de banda?

O edifício é mais alto (mais do que dois pavimentos) do que qualquer dos edifícios adjacentes?

Factores de vulnerabilidade

Vulnerabilidade sísmica dos ER

Classificação

Caracterização

1. Adequada ao panorama construtivo

3. Coincidir com os critérios dos métodos de avaliação de danos

2. Adaptar-se ao inventário dos elementos em risco

Parque habitacional

Edifícios antigos dealvenaria e construção

tradicional

Edifícios posteriores

ao BA

Edifícios antigos de alvenaria (urbanos)

Alvenaria com elementos de BA

BA

Classificação doparque habitacional

Parque habitacional

ASP + ATAPS ACP + BA

Edifícios antigos de alvenaria (urbanos)

Alvenaria com elementos de BA

BA

Edifícios antigos dealvenaria e construção

tradicional

Edifícios posteriores

ao BA

ACPASP+

ATAPSBA

Classificação da vuln.Inventário dos ER

IdDIdF DD P),( D {0, 1, , ND}

Definição de fragilidade e vulnerabilidade sísmicas

Fragilidade sísmica de uma tipologia construtiva


Fragilidade sísmica de uma tipologia construtiva

SD

PD(D

>=

d |S

D)

SD = SD max

Ausência de Dano D. Ligeiro D. Moderado D. Severo D. Total






Matrizes de probabilidade de dano

),(

),1(),(

),1(1

P,MPD

INF

IdFIdF

IdF

IdDID

DD

DD

D

D

D

D

Nd

Nd

d

1

0

Nível de dano Int.

0 1 1-2 2 2-3 3 3-4 4 4-5 5

V 0,932 0,068 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

V-VI 0,712 0,169 0,093 0,026 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

VI 0,598 0,061 0,183 0,073 0,073 0,0 0,012 0,0 0,0 0,0

VI-VII 0,220 0,011 0,044 0,110 0,176 0,330 0,098 0,011 0,0 0,0

VII 0,0 0,0 0,0 0,0 0,167 0,333 0,389 0,111 0,0 0,0

VII-VIII 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,062 0,125 0,250 0,375 0,188

VIII 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,167 0,0 0,167 0,666


Matrizes de probabilidade de dano

),(

),1(),(

),1(1

P,MPD

INF

IdFIdF

IdF

IdDID

DD

DD

D

D

D

D

Nd

Nd

d

1

0

0

0,1

0,2

0,3

0,4

V V-VI VI VI-VII VII VII-VIII VIII

Intensidade macrossísmica

MP

D (

d =

3-4

,I)

Nível de dano 3-4

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 1 1-2 2 2-3 3 3-4 4 4-5 5

Nível de dano

MP

D (

d,I

= V

I-V

II)

Intensidade macrossísmica VI-VII

1),(MPD d

Id


Curvas de vulnerabilidade

DN

dIdMPDdID

0),(E


Curvas de vulnerabilidade

DN

dIdMPDdID

0),(E

50

10

5

MDR [%]

Tijolo2 – 3 % g RC3 – 4 % g6 % g12 % g20 % g

V VI VII VIII IX X XI MM

Adobe / Alv. Pedra

50

10

5

MDR [%]

Tijolo2 – 3 % g RC3 – 4 % g6 % g12 % g20 % g

V VI VII VIII IX X XI MM

Adobe / Alv. Pedra

Tiedemann, 1992

Vulnerabilidade sísmica e danos de edifícios

MecanicistaFEMA & NIBS

[1999]

Avaliação da vulnerabilidade

sísmica

Vulnerabilidade sísmica e danos de edifícios

4 Estatísticos ou

Empíricos

MecanicistaFEMA & NIBS

[1999]

Avaliação da vulnerabilidade

sísmica

Zuccaro & Pappa [2002]

Di Pasquale & Orsini [1997]

Giovinazzi &Lagomarsino

[2003 e 2004]

Tiedemann[1992]

7 classes de vulnerabilidade

84 tipologias


MSK

5 classes vulnerabilidade

27 X 2 tipologias


Vulnerabilidade sísmica e perdas humanas

Tiedemann[1992]

FEMA & NIBS[1999]

Coburn & Spence[2002]

Avaliação das perdas

humanas

Organização





5. Conclusões

Avaliação do risco sísmico

• Análise probabilísticada perigosidade sísmica (PSHA)

• acção sísmica – cenário determinístico

Avaliação do risco sísmico

Risco sísmico

• Perdas probabilísticas

• Cenários de perdas

• Análise probabilísticada perigosidade sísmica (PSHA)

• acção sísmica – cenário determinístico

Vulnerabilidade sísmica e danos

Risco sísmico específico

Inventário georeferenciado dos elementos em risco

• Classificação

• Valorização

Simulador de cenários sísmicos LNECloss

Desenvolvido em linguagem de programação científica e integrado num SIG

Génese num projecto da ANPC para a AML


Freguesia - unidade elementar de análise

Ferramenta versátil facilmente actualizado

estar integrado num SIG

ter uma estrutura modular


Génese num projecto da ANPC para a AML

Simulador de cenários sísmicos LNECloss Génese num projecto do ANPC para a AML


Freguesia - unidade elementar de análise

Ferramenta versátil facilmente actualizado

estar integrado num SIG

ter uma estrutura modular

Aplicações Análise do risco sísmico

Gestão da emergência

Planeamento da emergência

Censos 2001 eCensos 1991

Tiedemann, 1992

DiPasquale & Orsini, 1997

Zuccaro & Pappa, 2002

Giovinazzi &Lagomarsino, 2003

Modelos estatísticosde danos

Modelo mecanicistade danos

FEMA & NIBS, 1999

Perdas económicas FEMA & NIBS, 1999

MortosTiedemann, 1992

Mortos e feridosSpence, 2002

Mortos e feridosFEMA & NIBS, 1999

Danos no edificado Perdas humanas

Intensidades Macrossísmicas

avaliadas à superfície

Danos no edificado

Parâmetros económicos

Acção sísmica espectral à

superfície e PGDs, PGVs, PGAs

Perdaseconómicas

Perdashumanas

Perdas económicas


observadas ou avaliadas em

rocha

Acção sísmica espectral no

substrato rochoso

PGDb,PGVb,PGAb

Perdas económicas SSN, 1998

IM / freguesia e magnitude

e epicentro

Isossistas e magnitude

e epicentro

Digitalização e processamento

geográfico

IM

ER

AtenuaçãoIM

Atenuaçãoespectral

IM

ER

Magnitude e

epicentro


S

IM

ER

Avaliação acção

sísmica à superfície

IM

ER

Avaliação acção


S

Informação geotécnica

NEfeito de solo?

Efeito de solo?

N

Acção sísmica substracto rochoso


Acção sísmica superfície

Acção sísmica superfícieDanos no edificadoPerdas humanas

Perdas económicas

Censos 2001 eCensos 1991

Tiedemann, 1992




Modelos estatísticosde danos

Modelo mecanicistade danos

FEMA & NIBS, 1999


MortosTiedemann, 1992



Danos no edificado Perdas humanas



Danos no edificado

Parâmetros económicos



Perdaseconómicas

Perdashumanas

Perdas económicas



rocha


substrato rochoso

PGDb,PGVb,PGAb



e epicentro


e epicentro


geográfico

IM

ER

AtenuaçãoIM


IM

ER

Magnitude e

epicentro


S

IM

ER

Avaliação acção


IM

ER

Avaliação acção


S

Informação geotécnica

NEfeito de solo?

Efeito de solo?

N


Acção sísmica superfície

Danos no edificado



Magnitude e

epicentro

Perdaseconómicas

Perdashumanas

FEMA & NIBS, 1999




Avaliação acção


S

Efeito de solo?


substrato rochoso

PGDb,PGVb,PGAb


e epicentro


e epicentro


geográfico






Perdaseconómicas

Perdashumanas





rocha

Organização





5. Conclusões

Modelação de perdas

Análiseprobabilística

do risco sísmico

CenáriosDeterminísticos

Modelação de perdas

Análiseprobabilística

do risco sísmico

Dano

100%

Modelação probabilísticado risco sísmico

E(D|h)v

Curva de vulnerabilidade

E(L|d)v

Função de perdas

h Perigosidade sísmicafH(h)

Probabilidade

fH(h)

Fragilidade

PD(D>d|h)v

P(D > d | h )

PD(D>d)vPL(L>l|d)v

P(L > l | d )∫

H

dhfH(h) P(D > d | h )P(L > l | d )P(L > l ) = dd∫

D

∫

H

dh dd∫

D

P(L > l ) =

Adaptado de Campos Costa, 2004

∫

H

d

Perda

PL(L>l)v

)(f hHf (h)H

Modelação probabilísticado risco sísmico

)|(E hL

dDF

h

hHd

)(Pd

H

hLL )|(E)(E hd

Dano

100%

Fragilidade

PD(D>d|h)v

PD(D>d)v

E(D|h)v

Curva de vulnerabilidade

h Perigosidade sísmicafH(h)

Probabilidade

E(L|h)H

L)(E

hdDD P

d v

VDdvT vVhdDDFANe PPFactor

de Dano

dh

2

4

6

8

10

12

10 100 1000 10000


Inte

nsi

dad

e m

acro

ssís

mic

a

Porto Lisboa Faro

jj

jj

jj II

IIhH ,,

minmax

minbeta~)(P

278 concelhos:

1,3×10-3

≤

erro ajuste

≤

6,1 × 10-2

h

hH j

d

)(Pd f(h)j

Hjj hLL )|(E)(E hd

PSHA – Modelação do risco

Indicadores de risco

AHL

AEL

AELR=AEL / VRPH

Absoluto Específico

Hu

man

o E

conóm

icoAELC = AEL / NpT

AHLR= AHL / NpT

E(L)= E(L|H)f (h)dhH

H

Perdas esperadas anuaisDistribuição geográfica

AEL

AEL [Euro x 10^6] [0,03 - 0,2]0,2 - 0,50,5 - 1,01 - 22 - 5]5 - 8,13]

Perda / PIB 2001 [%]

AELC [Euro per capita][3 - 20]20 - 3030 - 4040 - 5050 - 100]100 - 219]

N

Área perdida [%][0,006 - 0,025]0,025 - 0,050,05 - 0,100,10 - 0,150,15 - 0,20]0,20 - 0,31]

AELR [% ]o


[0,06 - 0,25]0,25 - 0,50,5 - 1,01,0 - 1,51,5 - 2,0]2,0 - 3,1]

[0 - 0,0001]0,0001 - 0,00050,0005 - 0,0010,001 - 0,0020,002 - 0,005]0,005 - 0,007]

AEL [Euro x 10^6] [0,03 - 0,2]0,2 - 0,50,5 - 1,01 - 22 - 5]5 - 8,13]



N

Área perdida [%][0,006 - 0,025]0,025 - 0,050,05 - 0,100,10 - 0,150,15 - 0,20]0,20 - 0,31]

AELR [% ]o


[0,06 - 0,25]0,25 - 0,50,5 - 1,01,0 - 1,51,5 - 2,0]2,0 - 3,1]

[0 - 0,0001]0,0001 - 0,00050,0005 - 0,0010,001 - 0,0020,002 - 0,005]0,005 - 0,007]

AELR AELC

AHLRAHL

AEL [Euro x 10^6] [0,03 - 0,2]0,2 - 0,50,5 - 1,01 - 22 - 5]5 - 8,13]



N

Área perdida [%][0,006 - 0,025]0,025 - 0,050,05 - 0,100,10 - 0,150,15 - 0,20]0,20 - 0,31]

AELR [% ]o


[0,06 - 0,25]0,25 - 0,50,5 - 1,01,0 - 1,51,5 - 2,0]2,0 - 3,1]

[0 - 0,0001]0,0001 - 0,00050,0005 - 0,0010,001 - 0,0020,002 - 0,005]0,005 - 0,007]

risco elevadorisco baixo

Acumulação do risco sísmico perdas esperadas anuais

Existências/ Perdas

Norte Centro LVT Alentejo Algarve PT

VRPH[Euro x 109]

124 (40%)

69(22%)

83(27%)

18 (6%)

Índivíduos[x 103]

3 668(37%)

1 774(18%)

AEL [Euro x 106]

17(13%)

18(14%)

56(42%)

19(14%)

24(18%)

135(100%)

AEL/PIB 2001[%]

0,014 0,015 0,046 0,016 0,019 0,110

AELR [‰] 0,14 0,27 0,68 1,06 1,54 0,44

AELC[Euro per capita]

5 10 16 36 61 14

AHL [#]0,2

(2%)0,4

(3%)5,6

(40%)2,7

(19%)5,2

(37%)14,1

(100%)

AHLR [‰] 0,0001 0,0002 0,0016 0,0052 0,0133 0,0014

15 (5%)

310 (100%)

3 426(35%)

532(5%)

390(4%)

9 789(100%)

Organização





5. Conclusões

Conclusões

Algarve maiores AELR, AELC e AHLR devido perigosidade elevada

Risco sísmico específico cresce do norte para sul

Conclusões

Algarve maiores AELR, AELC e AHLR devido perigosidade elevada

Baixo Alentejo e sul do Litoral Alentejano maiores AELR, AELC e AHLR devido a perigosidade e vulnerabilidade elevadas

Risco sísmico específico cresce do norte para sul

Risco de morte nas NUTS II = Norte e Centro é muito reduzido

Conclusões

Lisboa e Vale do Tejo maior risco sísmico absoluto

AML maiores AEL devido à exposição elevada

Conclusões

Lisboa e Vale do Tejo maior risco sísmico absoluto

O número reduzido de mortes ocorridas em Portugal Continental no século XX explica baixa percepção da população sobre o risco sísmico AHL é superior em + 20 × às mortes/ano no sec. XX ( = 59 mortes/100 anos)

AML maiores AEL devido à exposição elevada

Modelação de perdas e avaliação do risco sísmico Maria Luísa Sousa Workshop projecto LESSLOSS...

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