Εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας και διαχείριση της σεισμικής διακινδύνευσης σε σύνθετα συστήματα μεταφορών:
Creators: name: Κακδέρη, Καλλιόπη Γ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Σεισμική τρωτότητα
Σεισμική διακινδύνευση
Λιμενικές εγκαταστάσεις
Σύνθετα συστήματα
Παράκτια λιμενικά έργα

description: Η διατριβή στοχεύει στη διερεύνηση της σεισμικής τρωτότητας και διακινδύνευσης σύνθετων συστημάτων μεταφορών, με έμφαση στις λιμενικές εγκαταστάσεις, όπου οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διαφόρων συνιστωσών τους καθορίζουν σε σημαντικό βαθμό, όχι μόνο την λειτουργία, αλλά και την σεισμική τρωτότητα των μεμονωμένων δικτύων και του σύνθετου συστήματος αυτών. Προς την κατεύθυνση αυτή, αναπτύχθηκε μια σύνθετη μεθοδολογία για την αποτίμηση και διαχείριση της σεισμικής διακινδύνευσης σύνθετων συστημάτων υποδομής, όπως οι λιμενικές εγκαταστάσεις. Ο προσδιορισμός των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών και της τυπολογίας των υπό διακινδύνευση στοιχείων, η εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας και η ανάπτυξη σεισμικών σεναρίων με βάση τα γεωτεχνικά και δυναμικά χαρακτηριστικά των εδαφικών σχηματισμών και τις τοπικές εδαφικές συνθήκες, καθώς και η αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας και της σπουδαιότητας των επιμέρους συνιστωσών, αποτελούν τα κύρια βήματα της μεθοδολογίας αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης. Βασικό στοιχείο αποτελεί επιπρόσθετα η μελέτη και ποσοτικοποίηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ δικτύων και υποδομών και ο προσδιορισμός της σύνθετης τρωτότητας συνυπολογίζοντας τις μεταξύ τους αλληλοσυσχετίσεις. Για την περίπτωση των ανεξάρτητων στοιχείων χωρίς την θεώρηση των μεταξύ τους αλληλεπιδράσεων, πραγματοποιήθηκε αρχικά ο έλεγχος της αξιοπιστίας των διαθέσιμων καμπυλών τρωτότητας βάσει στοιχείων από προηγούμενους σεισμούς του ελλαδικού χώρου, με έμφαση στις παράκτιες κατασκευές, ενώ προτείνονται σχέσεις αποτίμησης της τρωτότητας για την περίπτωση της εδαφικής αστοχίας. Πραγματοποιήθηκε επιπλέον η αναλυτική μελέτη της σεισμικής απόκρισης παράκτιων κατασκευών χωρίς την θεώρηση φαινομένων ρευστοποίησης. Προτάθηκαν νέες καμπύλες τρωτότητας λόγω εδαφικής ταλάντωσης για τα παράκτια λιμενικά έργα, λαμβάνοντας υπόψη τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους σε ευρωπαϊκό και εθνικό επίπεδο και διερευνώντας την επιρροή διαφόρων παραμέτρων αβεβαιότητας. Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκε και προτάθηκε ένα γενικότερο πλαίσιο για την αποτίμηση της «σύνθετης» ή «συστημικής» τρωτότητας σε τρεις περιόδους (κανονικής λειτουργίας, κρίσης και αποκατάστασης), λαμβάνοντας υπόψη τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των εκτιθέμενων σε κίνδυνο στοιχείων που ανήκουν σε διαφορετικά συστήματα, αλλά και μεταξύ των συστημάτων σε τοπικό ή περιφερειακό επίπεδο. Ο ποσοτικός προσδιορισμός του βαθμού αλληλεπίδρασης και η αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας αλληλεπιδρώντων στοιχείων πραγματοποιήθηκε βάσει ενός οικονομικού μοντέλου προσομοίωσης αλληλεπιδράσεων, μιας μεθοδολογίας λήψης αποφάσεων και ενός μοντέλου ασαφούς λογικής. Η βέλτιστη επιλογή μεταξύ των διαφορετικών προσεγγίσεων εξαρτάται από τις διαθέσιμες πληροφορίες, την ποιότητα των δεδομένων, την εμπειρία των ειδικών, το είδος των συστημάτων/ στοιχείων που εξετάζονται, καθώς και από τον επιθυμητό βαθμό αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων της ανάλυσης. Ο λιμένας της Θεσσαλονίκης αποτέλεσε βασικό πεδίο εφαρμογής, χρησιμοποιώντας στοιχεία και σεισμικά σενάρια που εκπονήθηκαν ειδικά για το λιμάνι της Θεσσαλονίκης. Μελετήθηκε το σύνολο των στοιχείων και υποδομών του λιμένα, για τα οποία έγινε η αποτίμηση της τρωτότητας τους χωρίς και με την θεώρηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους, η δημιουργία σεναρίων σεισμικού κινδύνου, η αναγνώριση των πλέον κρίσιμων συνιστωσών για την λειτουργικότητα των επιμέρους δικτύων και υποδομών αλλά και του σύνθετου συστήματος, και τέλος η ανάπτυξη στρατηγικών για την διαχείριση της σεισμικής διακινδύνευσης. Τελικό αποτέλεσμα αποτελεί η πρόταση ολοκληρωμένης μεθοδολογίας για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης των σύνθετων λιμενικών εγκαταστάσεων, με στόχο την εκτίμηση του αναμενόμενου επιπέδου απωλειών για κάθε σεισμικό σενάριο, κάτι που προφανώς είναι αναγκαίο και απαραίτητο για την διαχείριση του σεισμικού κινδύνου.
description: Aim of the dissertation is to study the seismic vulnerability and risk of complex transportation networks, and mainly port facilities, where the existence of multiple interactions between their components plays a crucial role, determining not only their functionality but also the seismic vulnerability of single networks and the complex system as a whole. For this, a modular methodology has been developed for the seismic risk assessment and management of complex lifelines and infrastructures, like port facilities. The main steps of the methodology for the seismic risk assessment include the inventory and typology of the elements at risk, the seismic hazard and the construction of seismic scenarios based on geotechnical and dynamic characteristics of the main soil formations and local soil conditions, as well as the vulnerability characteristics and the importance (global value) of the elements. Furthermore, a main asset of the methodology is the study and quantification of the interactions between lifeline and infrastructure systems, along with the assessment of the complex or systemic vulnerability, taking also into consideration their inter-relations. For the single elements in port facilities, without considering the interactions between them, the validation of existing fragility curves has been made, based on observed damages during Greek earthquakes. The main focus is on waterfront structures, for which appropriate functions are proposed for the vulnerability assessment due to ground failure. A detailed analytical study of their seismic response was also performed without considering the occurrence of liquefaction phenomena. New fragility functions were proposed for waterfront structures due to ground shaking, taking into account their distinctive features in European and national level and the associated uncertainty of various types. Moving on to the port system as a whole, a methodological framework was also developed for the assessment of the systemic vulnerability in three periods (normal, crisis and recovery), considering the interactions between elements at risk in different systems and among systems as well, in local or regional level. Three different methodologies are used to evaluate and quantify interactions and to assess the vulnerability of interacting elements: an economic approach, a multi-criteria decision making method and a fuzzy logic approach. The appropriate selection between them depends on availability and quality of data, experience of the experts, type of systems/ elements involved and the desirable level of reliability of the performed analysis. The port of Thessaloniki was used a case study, for the application of the proposed methodology. Using case specific data and seismic scenarios, the vulnerability assessment for all elements, lifeline systems and infrastructures within the port facility was performed, without and with the consideration of interactions between them. Seismic risk scenarios were developed, along with the identification of critical elements for the functionality of the single components and the port system as a whole, and effective strategies for the seismic risk management. As a final output, a complete methodology is proposed for the assessment of seismic risk of complex port facilities, the estimation of expected losses for each seismic scenario and the management of seismic risk.