Influence of ground motion characterization in seismic fragility analysis : application to the L'Aquila 2009 earthquake

Fragility curves represent a fundamental tool of the methodological chain for seismic risk assessment, since they allow to define the probability to reach a certain damage state, for a certain building typology, due to a given value of ground motion intensity level. Accurate evaluations of seismic risk are important to estimate re-construction costs or to calibrate policies for insurance purposes. Most of literature studies concerning fragility curves use PGA (Peak Ground Acceleration) and, more in general, peak ground parameters to characterize ground motion. In this context, empirical fragility curves are widely used since peak intensity measures could be derived from shakemaps, while damage information could be derived from specific assessment campaigns. Since number and spatial distribution of records is often inadequate for the level of detail requested, in this work, physics-based simulated (PBS) scenarios are employed to characterize ground shaking. At this purpose the spectral element code SPEED (http://speed.mox.polimi.it/) was used. In fact, this latter allows to simulate seismic events using a large-scale three-dimensional numerical model of seismic wave propagation in complex earth media, including the seismic source and the propagation path in heterogeneous soils, and produces as output not only peak ground motion values, but also time history of ground motion on an arbitrary dense grid of receivers. In this way it is possible to investigate the correlation between damage and intensity measures alternative to peak ground ones, like integral or spectral. In this work the influence of ground motion characterization in fragility analysis of reinforced concrete buildings is investigated, with application to the L’Aquila 2009 seismic event.

Le curve di fragilità rappresentano uno strumento fondamentale impiegabile nella catena metodologica di valutazione del rischio sismico, poiché consentono di definire la probabilità di raggiungere un certo stato di danno, per una certa tipologia di edificio, condizionata al raggiungimento di un determinato livello di severità di scuotimento sismico del terreno. A partire da questo tipo di informazioni risulta poi possibile stimare i costi di ricostruzione in seguito al sisma o calibrare polizze a fini assicurativi. La maggior parte degli studi in letteratura riguardanti le curve di fragilità utilizzano la PGA (Peak Ground Acceleration) e, più in generale, i parametri di picco al fine di caratterizzare lo scuotimento sismico. In tale contesto risultano particolarmente utilizzate le curve di fragilità empiriche, in seguito alla possibilità di derivare le misure di intensità di picco dalle shakemaps solitamente disponibili dopo un evento sismico, mentre le informazioni relative allo stato di danno possono essere ottenute attraverso i rilievi di danno post-evento. Poiché il numero e la distribuzione spaziale di tali registrazioni risultano spesso inadeguati, in questo lavoro, si propone l'utilizzo di simulazioni numeriche fisicamente-basate del fenomeno di propagazione delle onde sismiche in mezzi terresti eterogenei, allo scopo di fornire una caratterizzazione più dettagliata dello scuotimento sismico e della sua variabilità spaziale. A tale scopo si è utilizzato il codice a elementi spettrali SPEED (http://speed.mox.polimi.it/), il quale è in grado di simulare eventi sismici su larga scala, simulando la fonte sismica e il percorso di propagazione delle onde sismiche in terreni eterogenei. Tale modellazione permette di produrre non solo parametri di picco, ma anche storie temporali di scuotimento sismico definite in corrispondenza di una densa griglia di ricevitori la cui posizione viene definita in modo arbitrario. In questo modo risulta dunque possibile indagare la correlazione tra il danno osservato e misure di intensità alternative a quelle di picco, come per esempio, di natura integrale o spettrale. Lo scopo di questo lavoro risulta dunque quello di indagare l'influenza della caratterizzazione dello scuotimento sismico nell'analisi di fragilità di edifici in cemento armato, assumendo come evento sismico di riferimento L'Aquila 2009.