Εκτίμηση της σεισμικής τρωτότητας και διαχείριση της σεισμικής διακινδύνευσης σε σύνθετα συστήματα μεταφορών: εφαρμογή στις λιμενικές εγκαταστάσεις

Abstract

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. A modular methodology has been developed for the seismic risk assessment and management of complex transportation networks, based on the inventory and typology of the elements at risk, the seismic hazard and seismic scenarios, the vulnerability and the importance of the elements. A main asset of the methodology is the study and quantification of the interactions and the assessment of the complex or systemic vulnerability. For the single elements, 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/ national level and the associated uncertainty of various types. A methodological framework was also developed for the assessment of the systemic vulnerability. 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, while instructions are given for the appropriate selection between them. The port of Thessaloniki was used a case study. Using 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, 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 and the management of seismic risk.

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 την λειτουργία και την σεισμική τρωτότητα των μεμονωμένων στοιχείων και του σύνθετου συστήματος αυτών. Αναπτύχθηκε μια σύνθετη μεθοδολογία για την αποτίμηση και διαχείριση της σεισμικής διακινδύνευσης σύνθετων συστημάτων μεταφορών, βάσει της τυπολογίας των υπό διακινδύνευση στοιχείων, της σεισμικής επικινδυνότητας και σεισμικών σεναρίων, της τρωτότητας και της σπουδαιότητας των επιμέρους συνιστωσών. Βασικό στοιχείο αποτελεί η μελέτη και ποσοτικοποίηση των αλληλεπιδράσεων και ο προσδιορισμός της σύνθετης ή συστημικής τρωτότητας. Για τα ανεξάρτητα στοιχεία, πραγματοποιήθηκε ο έλεγχος της αξιοπιστίας των διαθέσιμων καμπυλών τρωτότητας βάσει στοιχείων από σεισμούς στην Ελλάδα, με έμφαση στις παράκτιες κατασκευές, ενώ προτείνονται σχέσεις αποτίμησης της τρωτότητας λόγω 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/ εθνικό επίπεδο και διερευνώντας την επιρροή διαφόρων παραμέτρων αβεβαιότητας. Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκε ένα γενικό πλαίσιο για την αποτίμηση της συστημικής τρωτότητας. Ο ποσοτικός προσδιορισμός του βαθμού αλληλεπίδρασης και η αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας αλληλεπιδρώντων στοιχείων έγινε βάσει ενός οικονομικού μοντέλου, μιας μεθοδολογίας λήψης αποφάσεων και ενός μοντέλου ασαφούς λογικής, ενώ δίνονται οδηγίες για την βέλτιστη επιλογή μεταξύ των διαφορετικών προσεγγίσεων. Ο λιμένας της Θεσσαλονίκης αποτέλεσε βασικό πεδίο εφαρμογής. Μελετήθηκε το σύνολο των στοιχείων και υποδομών του λιμένα, για τα οποία έγινε η αποτίμηση της τρωτότητας τους για συγκεκριμένα σενάρια χωρίς και με την θεώρηση των αλληλεπιδράσεων, η δημιουργία σεναρίων σεισμικού κινδύνου, η αναγνώριση των πλέον κρίσιμων συνιστωσών για την λειτουργικότητα των επιμέρους δικτύων και του σύνθετου συστήματος, και 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, την εκτίμηση των απωλειών και την διαχείριση του σεισμικού κινδύνου.