Volcanic ash impacts on critical Infrastructures. Physical and systemic vulnerability assessment in Villa La Angostura (Argentina) and on Vulcano island (Italy)

This thesis proposes a framework to identify the systemic damage and provides a complete overview on the interdependency and hierarchical relevance among the critical infrastructures (transport, power, water and telecommunication systems) subsequent to volcanic ashes deposition in the two case studies examined. A methodology was developed which combines the vulnerability characteristics with the damage aspects and deals not only with the physical features of a single lifeline, but also with the functional and the systemic aspects among different lifelines. The quantitative and qualitative data were combined in order to develop a complete systemic damage analysis. A preliminary phase of mapping and data collection on field was performed; then, with the support of matrices, data for each infrastructure were collected taking into account the features and the relevant components of each asset The possibility to perform an analysis “ex ante” the event on Vulcano island (Italy) and “post event” in Villa La Angostura (Argentina) affected by the 2011 Puyehue-Cordon Caulle eruption allows to differentiate and better understand elements of fragility of the critical infrastructure systems, the possible future impacts on them and to avoid long term damage due to poor decision-making strategies. Identifying among lifelines cascade effects, redundancy and transferability becomes a key aspect for response actions, for appropriate mitigation strategies and resilience aspects. The maps as well as the matrixes will help to identify the vulnerable systems and their relations. The aim of this thesis, in the direction of Sustainable Development, is being a support for decision policies and mitigation strategies that will reduce the vulnerability of the critical lifelines after a volcanic eruption.

La tesi propone una metodologia utile ad identificare i danni sistemici relativi alle infrastrutture critiche (trasporti, corrente elettrica, acqua, telecomunicazioni) soggette alla dispersione di cenere vulcanica come conseguenza di una eruzione. Sono stati analizzati i legami di inter-intra dipendenza tra sistemi in termini di ridondanza, trasferibilità e potenziali effetti a cascata. Sono stati tenuti in considerazione gli aspetti puntuali di danno fisco che compromettano l’utilizzo diretto della singola infrastruttura e dei suoi apparati. Sono stati analizzati gli aspetti funzionali della stessa: le caratteristiche che ne possano compromettere l’efficienza, la funzionalità minima che la struttura riesce a mantenere in caso di emergenza. I dati quantitativi e qualitativi sono stati combinati in modo da ottenere l’analisi sistemica dei danni. La possibilità di svolgere una analisi prima del potenziale evento, come nel caso dell’isola di Vulcano (Italia), ed una post evento come nel caso di Villa La Angostura (Argentina) soggetta alle conseguenze della dispersione di cenere dopo l’eruzione del Puyehue-Cordon Caulle nel 2011, permette di avere una visione delle criticità relative alle infrastrutture critiche, dando la possibilità di mettere in atto politiche di mitigazione dei rischi riducendo così le conseguenze negative di impatto nel medio e lungo periodo. Attraverso indagini sul campo, è stata eseguita poi una raccolta dei dati che sono stati poi inseriti, secondo specifici indicatori, in “matrici di valutazione” e rielaborati graficamente con l’ausilio di mappe non riguardanti i singoli sistemi, ma anche convogliando insieme tutti i dati al fine di ottenere un quadro chiaro ed intuivo delle interdipendenze tra sistemi. Scopo di questo lavoro, pensato in un’ottica di sviluppo sostenibile, è essere di supporto a strategie di pianificazione e stimolo per applicazioni ingegneristiche nelle infrastrutture al fine di limitare gli impatti sulla popolazione e nei settori primari (agricoltura e pastorizia) non solo nei paesi in via di sviluppo.